C++ PrimerPlus 复习 第九章 内存模型和名称空间

第一章 命令编译链接文件 make文件

第二章 进入c++

第三章 处理数据

第四章 复合类型 （上）

第四章 复合类型 （下）

第五章 循环和关系表达式

第六章 分支语句和逻辑运算符

第七章 函数------C++的编程模块（上）

第七章 函数------C++的编程模块（下）

第八章 函数探幽 内联函数 引用 函数模板

第九章 内存模型和名称空间

第九章 内存模型和名称空间

• 单独编译；
• 存储持续性、作用域和链接性；
• • 存储持续性
  • 作用域和链接
  • 总结
• 说明符和限定符
• 函数和链接性
• 定位（placement）new运算符；
• 名称空间。
• 问答区
• • 问：两个源文件导入相同的文件和头文件，这样不就重复声明了吗？但不声明就会编译出错怎么解决
  • [问: 静态存储持续性有什么特点？](#问: 静态存储持续性有什么特点？)
  • 问：如果我想在该程序使用外部的全局变量怎么办？
  • 问：什么是单定义规则？
  • `mutable`关键字在C++中有什么作用？
  • 全局`const`变量在C++中默认的链接性是什么？
  • 如何覆盖全局`const`变量在C++中的默认链接性？
  • C++中函数的存储持续性是什么？
  • 函数在C++中的默认链接性是什么？
  • 如何将函数的链接性设置为内部的？
  • 单定义规则在函数中是如何应用的？
  • 在调用函数时，C++会在哪里查找函数定义？

单独编译；

通常，大型程序都由多个源代码文件组成，这些文件可能共享一些数据。这样的程序涉及到程序文件的单独编译，本章将首先介绍这个主题。
总结知识点

1. 大型程序都由多个源代码文件组成，这样的程序涉及到程序文件的单独编译
2. '单独编译'这些文件，然后将它们链接成可执行的程序，详细见第一章
3. 如果只修改了一个文件，则可以只重新编译该文件，然后将它与其他文件的编译版本链接。这使得大程序的管理更便捷。
4. 不能简单的地以main()之后的虚线为界，将原来的文件分为两个，要用#include
5. 将原来的程序分成三部分。
   • 头文件：包含结构声明和使用这些结构的函数的原型。
   • 源代码文件：包含与结构有关的函数的代码。
   • 源代码文件：包含调用与结构相关的函数的代码。
     
6. #ifndef 和 #endif 可以避免多次包含同一个头文件

#ifndef COORDIN_H_ // 这个名称前面必须没有出现过才能运行 endif之间的代码
#define COORDIN_H_ //将#define用于名称，就足以完成该名称的定义
// place include file contents here
#endif

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问答区

1. 如果我修改了一个文件，我要将全部文件都进行重新编译吗？
   • 如果只修改了一个文件，则可以只重新编译该文件，然后将它与其他文件的编译版本链接。这使得大程序的管理更便捷。
2. 根据这张图啊，有个很明显的问题两个源文件导入相同的文件和头文件，这样不就重复声明了吗？怎么解决
   头文件没有用 #ifndef
   
   让后我两个源文件都使用了这个头文件，我们直接用make来处理看看发生什么？
   怎么办完美运行。。。。
   可能是编译器自动处理了，但我们还是要直接注意头文件保护宏

存储持续性、作用域和链接性；

存储持续性

知识点归纳如下：

1. C++使用三种（在C++11中是四种）不同的方案来存储数据。这包括：

   • 自动存储持续性：在函数定义中声明的变量（包括函数参数）的存储持续性为自动的。它们在程序开始执行其所属的函数或代码块时被创建，在执行完函数或代码块时，它们使用的内存被释放。
   • 静态存储持续性：在函数定义外定义的变量和使用关键字static定义的变量的存储持续性都为静态。它们在程序整个运行过程中都存在。
   • 线程存储持续性（C++11）： 使用关键字thread_local声明的变量，其生命周期与所属的线程一样长。
   • 动态存储持续性：用new运算符分配的内存将一直存在，直到使用delete运算符将其释放或程序结束为止。

2. 变量的可见性或作用域是指在何处可以使用该变量。

3. 链接性决定了哪些信息可在文件间共享。

重要的问题及答案：

Q1: 自动存储持续性是什么？

答：自动存储持续性是指在函数定义中声明的变量（包括函数参数）的存储持续性。这些变量在程序开始执行其所属的函数或代码块时被创建，在执行完函数或代码块时，它们使用的内存被释放。

Q2: 静态存储持续性有什么特点？

答：静态存储持续性是指在函数定义外定义的变量和使用关键字static定义的变量的存储持续性。这些变量在程序整个运行过程中都存在。

Q3: 动态存储持续性是如何实现的？

答：动态存储持续性是通过new运算符分配的内存实现的。这种内存将一直存在，直到使用delete运算符将其释放或程序结束为止。

Q4: 什么是链接性？

答：链接性决定了哪些信息可在文件间共享。

作用域和链接

知识点：

1. 作用域描述了名称在文件（翻译单元）的多大范围内可见。
2. 链接性描述了名称如何在不同单元间共享。
   外部链接性（可在其他文件中访问）
   内部链接性（只能在当前文件中访问）
   无链接性（只能在当前函数或代码块中访问）
3. C++变量的作用域有多种，包括局部作用域、全局作用域、函数原型作用域、类作用域和名称空间作用域等。
4. 不同的C++存储方式是通过存储持续性、作用域和链接性来描述的。

重要问题及答案：

问题1: 什么是作用域？

答案1: 作用域描述了名称在文件（翻译单元）的多大范围内可见。例如，函数体内定义的变量，在函数内可见，但不能在其他函数中使用。

问题2: 什么是链接性？

答案2: 链接性描述了名称如何在不同单元间共享。例如，链接性为外部的名称可以在文件间共享，而链接性为内部的名称则只能由一个文件中的函数共享。

问题3: C++的存储方式是怎么描述的？

答案3: C++的存储方式是通过存储持续性、作用域和链接性来描述的。

问题4: 在C++中，什么是全局作用域和局部作用域？

答案4: 在C++中，全局作用域的变量在定义位置到文件结尾之间都可用。而局部作用域的变量只在定义它的代码块中可用。

总结

存 储 描 述	持　续　性	作　用　域	链　接　性	如 何 声 明
自动	自动	代码块	无	在代码块中
寄存器	自动	代码块	无	在代码块中，使用关键字register
静态，无链接性	静态	代码块	无	在代码块中，使用关键字static
静态，外部链接性	静态	文件	外部	不在任何函数内
静态，内部链接性	静态	文件	内部	不在任何函数内，使用关键字static

栈在函数调用中的过程

说明符和限定符

分类总结：

1. 存储说明符（storage class specifier）或cv-限定符（cv-qualifier）是C++关键字，提供了其他有关存储的信息。存储说明符包括：auto（在C++11中不再作为说明符）, register, static, extern, thread_local（C++11新增的）和 mutable。

2. cv-限定符包括const和volatile。const关键字表明内存被初始化后，程序不能再对其进行修改。volatile关键字表明，即使程序代码没有对内存单元进行修改，其值也可能发生变化。

3. mutable关键字可以指出，即使结构（或类）变量为const，其某个成员也可以被修改。

   例如，请看下面的代码：

struct data
{
    char name[30];
    mutable int accesses;
    ...
};
const data veep = {"Claybourne Clodde", 0, ... };
strcpy(veep.name, "Joye Joux"); // not allowed
veep.accesses++;                // allowed

4. 在C++中，全局变量的链接性默认为外部的，但全局const变量的链接性为内部的。如果程序员希望某个常量的链接性为外部的，则可以使用extern关键字来覆盖默认的内部链接性。

重要问题及答案：

1. 什么是cv-限定符？

   答：cv-限定符是C++的一种关键字，包括const和volatile。const关键字表明内存被初始化后，程序不能再对其进行修改。volatile关键字表明，即使程序代码没有对内存单元进行修改，其值也可能发生变化。

2. mutable关键字在C++中有什么作用？

   答：mutable关键字可以指出，即使结构（或类）变量为const，其某个成员也可以被修改。

3. 全局const变量在C++中默认的链接性是什么？

   答：全局const变量在C++中默认的链接性是内部的。

4. 如何覆盖全局const变量在C++中的默认链接性？

   答：如果程序员希望某个常量的链接性为外部的，则可以使用extern关键字来覆盖默认的内部链接性。

函数和链接性

分类总结：

1. 函数在C++中也有链接性，其存储持续性默认为静态的，即在整个程序执行期间都存在。默认情况下，函数的链接性是外部的，可以在文件间共享。
2. 可以在函数原型中使用extern关键字明确指出函数是在另一个文件中定义的，但这是可选的。如果要在另一个文件中查找函数，那么这个文件必须作为程序的一部分被编译，或者是链接程序需要搜索的库文件。
3. 可以使用static关键字将函数的链接性设置为内部的，这样一来该函数只能在一个文件中使用。这意味着该函数只在此文件中可见，可以在其他文件中定义同名函数。在定义静态函数的文件中，静态函数将覆盖外部定义。
4. 单定义规则也适用于非内联函数，对于每个非内联函数，程序只能包含一个定义。内联函数不受这项规则的约束，可以将内联函数的定义放在头文件中。
5. 当在程序的某个文件中调用函数时，C++会在哪里查找函数定义？如果文件中的函数原型标明函数是静态的，编译器只在该文件中查找函数定义；否则，编译器会在所有程序文件中查找。

重要问题及答案：

1. C++中函数的存储持续性是什么？
   答：在C++中，函数的存储持续性默认为静态的，即在整个程序执行期间都存在。
2. 函数在C++中的默认链接性是什么？
   答：函数在C++中的默认链接性是外部的，可以在多个文件间共享。
3. 如何将函数的链接性设置为内部的？
   答：可以使用static关键字将函数的链接性设置为内部的，这样函数只能在一个文件中使用。
4. 单定义规则在函数中是如何应用的？
   答：单定义规则也适用于非内联函数，程序中对于每个非内联函数只能有一个定义。内联函数不受此规则约束，允许在头文件中定义。
5. 在调用函数时，C++会在哪里查找函数定义？
   答：如果函数原型标明函数是静态的，编译器只在该文件中查找函数定义；否则，编译器（包括链接程序）会在所有的程序文件中查找。如果在程序文件中没有找到，编译器会在库中搜索。

定位（placement）new运算符；

重要知识点总结：

1. 动态内存分配与存储方案：C++中使用new和delete运算符进行动态内存分配和释放，与静态内存（全局、局部、静态变量）不同。动态内存不遵循作用域和链接性规则，其分配和释放由new和delete运算符控制。

2. 初始化动态分配的内存：在C++98中，可以使用括号语法初始化动态分配的内置类型和具有合适构造函数的类。C++11引入了列表初始化，更灵活地初始化常规结构、数组和单值变量。

3. new失败处理：当new无法分配请求的内存时，C++中的行为已从返回空指针更改为引发std::bad_alloc异常。

4. new运算符和函数 ：new运算符实际上调用名为operator new的函数，而delete运算符调用operator delete函数。这些函数可以被重载以自定义内存分配和释放行为。

5. 定位new运算符：定位new运算符允许程序员指定要分配内存的位置，通常用于特殊内存需求，如硬件访问。它使用传递给它的地址，并返回void指针。

6. 定位new的其他形式 ：标准定位new可以调用一个接受两个参数的new()函数，其中第一个参数是请求的字节数，第二个参数是要分配的位置。

重要问题和答案：

问题 1：什么是动态内存分配，与静态内存有何不同？

答案：动态内存分配是在程序运行时根据需要分配内存的过程，通常使用new（或malloc）来完成。与静态内存不同，动态内存的生存期不受作用域和链接性的限制，可以在一个函数中分配，而在另一个函数中释放。

问题 2：如何初始化动态分配的内存？

答案：在C++98中，可以使用括号语法初始化动态分配的内置类型和具有合适构造函数的类。C++11引入了列表初始化，使得初始化常规结构、数组和单值变量更加灵活。

问题 3：当new无法分配所需内存时，C++的行为如何？

答案：在较新的C++标准中，当new无法分配请求的内存时，它会引发std::bad_alloc异常。在早期的标准中，它可能会返回空指针。

问题 4：new运算符和函数之间有什么关系？

答案 ：new运算符实际上调用名为operator new的函数，用于内存分配。delete运算符调用operator delete函数，用于内存释放。这些函数可以被重载以自定义内存分配和释放行为。

问题 5：什么是定位new运算符？如何使用它？

答案：定位new运算符允许程序员指定要分配内存的位置。它使用传递给它的地址，并返回void指针。通常用于特殊内存需求，如硬件访问。定位new运算符可以与初始化结合使用，将信息放在特定的硬件地址处。

问题 6：定位new的其他形式是什么？

答案 ：标准定位new可以调用一个接受两个参数的new()函数，其中第一个参数是请求的字节数，第二个参数是要分配的位置。这种形式的定位new不可替换，但可以重载。

名称空间。

问答区

问：两个源文件导入相同的文件和头文件，这样不就重复声明了吗？但不声明就会编译出错怎么解决

头文件保护宏

问: 静态存储持续性有什么特点？

答：静态存储持续性是指在函数定义外定义的变量和使用关键字static定义的变量的存储持续性。这些变量在程序整个运行过程中都存在。

问：如果我想在该程序使用外部的全局变量怎么办？

引用声明使用关键字extern，且不进行初始化；否则，声明为定义，导致分配存储空间：

double up;            // definition, up is 0
extern int blem;      // blem defined elsewhere
extern char gr = 'z'; // definition because initialized

问：什么是单定义规则？

单定义规则意味着在一个程序中，一个全局变量只能有一个定义。如果两个文件中都定义了同名的全局变量，将违反这个规则。

mutable关键字在C++中有什么作用？

答：mutable关键字可以指出，即使结构（或类）变量为const，其某个成员也可以被修改。

例如，请看下面的代码：

struct data

{

char name[30];

mutable int accesses;

...

};

const data veep = {"Claybourne Clodde", 0, ... };

strcpy(veep.name, "Joye Joux"); // not allowed

veep.accesses++; // allowed

全局const变量在C++中默认的链接性是什么？

答：全局const变量在C++中默认的链接性是内部的。

如何覆盖全局const变量在C++中的默认链接性？

答：如果程序员希望某个常量的链接性为外部的，则可以使用extern关键字来覆盖默认的内部链接性。

如果出于某种原因，程序员希望某个常量的链接性为外部的，则可以使用extern关键字来覆盖默认的内部链接性：

extern const int states = 50; // definition with external linkage

在这种情况下，必须在所有使用该常量的文件中使用extern关键字来声明它。

这与常规外部变量不同，定义常规外部变量时，不必使用extern关键字，但在使用该变量的其他文件中必须使用extern。

C++中函数的存储持续性是什么？

答：在C++中，函数的存储持续性默认为静态的，即在整个程序执行期间都存在。

函数在C++中的默认链接性是什么？

答：函数在C++中的默认链接性是外部的，可以在多个文件间共享。

如何将函数的链接性设置为内部的？

答：可以使用static关键字将函数的链接性设置为内部的，这样函数只能在一个文件中使用。

单定义规则在函数中是如何应用的？

答：单定义规则也适用于非内联函数，程序中对于每个非内联函数只能有一个定义。内联函数不受此规则约束，允许在头文件中定义。

在调用函数时，C++会在哪里查找函数定义？

答：如果函数原型标明函数是静态的，编译器只在该文件中查找函数定义；否则，编译器（包括链接程序）会在所有的程序文件中查找。如果在程序文件中没有找到，编译器会在库中搜索。