C++中数据的存储方式和作用域_c++ 高频存储数据-程序员宅基地

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C++中的数据

前言
一、C++的数据变量的存储方式类型
二、数据变量的存储持续性、作用域和链接性
三、存储说明符和限定符

前言

本文主要介绍C++中变量的存储方式，数据变量的作用域、链接性、存储连续性等。首先介绍C++中数据变量的存储方式，然后是数据变量的作用域等特性，最后在讲一讲关于变量存储的几个关键字(extern、static、const、volatile、mutable)的特性和作用。关于C++中变量，始终遵循一个规则：单定义规则，即：一个变量只能被定义一次。

提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、C++的数据变量的存储方式类型

C++中数据存储方式一共有四种：自动存储、静态存储、动态存储和线程存储。但是主要是前三种，因此最后一种简要学习。

1.1 自动存储

自动存储的变量一般是在某一个函数里面定义的一个常规变量，因为其存储的空间是自动存储空间，所以将这类变量简称为自动变量。自动变量随着函数的调用而自动产生，并在函数最终结束而消亡。自动变量其实某种程度上是指局部变量，它的作用域只在其被定义的代码块中，代码块指的是被大括号扩起来的部分。另外自动变量是存储在栈中的。

1.2 静态存储变量

静态存储的变量，是整个程序执行期间都会存在的存储方式。该存储方式的变量有两种方法进行定义：

在函数外定义（因此经常说的全局变量就属于静态存储）

在声明前使用关键字static：static double val = 10.233;

自动存储和静态存储的核心作用是限制变量的寿命。

1.3 动态存储

简单来说就是用运算符new和delete管理的变量内存。这两个运算符管理的一个被称为自由存储空间或堆的内存池。这种方法可以使变量的内存管理更加灵活（由程序员自己决定何时释放内存和分配内存），但是这通常也很容易造成很严重的错误：内存泄漏。

内存泄漏：是由于自由存储空间的内存不足或者没有用delete释放内存而一直在用new分配内存最终导致堆空间不足。

二、数据变量的存储持续性、作用域和链接性

2.1 存储的持续性

变量的存储持续性根据前面介绍C++的四种存储方式决定的：

自动存储持续性：自动变量的存储持续性是自动的，是在函数调用或者在代码块中时自动创建，并在函数执行结束或者在代码块代码执行完毕后自动进行内存释放。C++中有两种存储持续性为自动的变量。

静态存储持续性：在函数外定义的变量和用static定义的变量。这种变量的持续性将会存在于整个程序的运行过程中。C++中有三种存储持续性为静态的变量

线程存储持续性：变量使用关键字thread_local定义的变量。它的存在周期是和线程的生命周期一样长

动态存储持续性：用运算符new分配的内存空间在使用delete运算符之前将会一直存在。这种内存存在的持续性为动态的。

2.2 作用域和链接性

2.2.1 自动变量的作用域和链接性

自动变量作用域是局部的，即只在定义的函数或者代码块中有效。没有链接性。

2.2.2 静态变量的作用域和链接性

静态变量的作用域是根据其相应的链接性决定的，一共有三种链接性：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）和无链接性（只能在当前函数中或者代码快中访问）。注意：因为静态变量的数目是在程序整个运行期间是不变的，所以静态变量不是用栈管理的（自由变量是用栈来进行管理的），静态变量在没有显示的进行初始化的情况下，C++将会默认将其初零初始化，若是指针，0代表空指针。三种链接性创建方法如下：

外部链接性：在代码块的外面声明

内部链接性：在代码块的外面声明，且使用static限定符

无链接性：在代码块中声明，且使用static限定符

...
int ex_global = 6; // 外部链接静态变量
static int in_global = 8; // 内部链接静态变量
int main(){
    
...
	static int in_val = 9; // 无链接静态变量
...
	return 0;
}

2.2.3 静态变量的外部链接性

2.2.3.1 单定义规则

具有外部链接性的静态变量通常简称为外部变量，需要遵守单定义规则：

每个使用外部变量的文件中都应该声明

变量只能定义一次；

单定义声明方式：
– 定义声明，为变量分配存储内存；
– 引用声明，引用已有变量，不另外分配内存

引用声明要使用关键字extern进行声明（如果变量不是来自另外的文件，则extern可以省略，但是如果是外部文件必须使用），且不初始化。注意：引用声明时不能初始化，是因为如果加上初始化，就会声明为定义，从而另外分配内存，这样C++是不允许的

double test = 6.66;
extern double test2;//假设该变量在另外的文件有声明定义
extern char test3 = 'c'; // 这样是不允许的，因为进行了初始化

因此如果多个文件中要使用同一个外部变量，只需要在某一个文件中进行声明定义，而其他文件中只需要使用关键字extern声明一下就可以使用了。

2.2.4 静态变量的内部链接性

使用static限定符就可以定义一个作用域是整个文件的静态变量。如果多个文件中都需要定义同名的变量，但是由于单定义规则，这样普通定义方法是不可行的。但是使用static限定符就可以避免这种矛盾。使用static定义静态变量，其名称若是和其他文件的某个常规变量同名，那么静态变量将会隐藏所有的同名常规变量。

2.2.5 静态变量的无链接性

无链接性的外部变量和内部链接性的外部变量定义类似，只不过无链接的外部变量的定义是在代码块中进行定义。

三、存储说明符和限定符

存储说明符有：register、extern、static、thread_local和mutable。限定符有：const和volatile，二者合称为cv-限定符。

存储说明符，注意一个声明中最多只能包含一个存储说明符（出了thread_local）：

register: 声明寄存器变量，C++11之后默认为声明自动变量

extern: 引用声明，即引用其他文件的变量，但是一定要注意不要初始化。

static: 声明静态变量，静态变量可以隐藏其他文件的同名变量，同时整个程序执行期间都存在。

thread_local: 声明一个线程局部变量，存储持续性和线程的声明周期一样。

mutable: 主要是针对被限定符const约束的结构或类。若是结构体或者类被const限定，其中的值通常是不能改变的，但是若是其中的成员变量被mutable声明，那么即使是被const限定，也能修改对应的mutable成员变量，比如：
...
struct test{
     
	mutable string name;
	int num;
	double scores;
};
...
int main(){
     
	const test st = {
     "Jack", 222,99.99};
	st.name = "Jerrry"; // 这样是允许的，因为有mutable说明符声明的name成员变量
	st.scores = 100.00; // 这是不允许的，因为st是被const限定不能修改其中的非mutable变量的。
	return 0;
}

cv-限定符：

const: const限定符是用来限定变量被初始化后，其对应内存中的值不能被修改。这里要注意的是：全局变量的链接性默认情况下都是外部的，但是被const限定的全局变量的链接性是内部的。因此全局变量使用const定义就和使用static定义一样。

volatile: 该限定符对于硬件资源管理有很大的作用。volatile限定符表明，即使程序员或者程序没有对变量的内存进行修改，但是其值也是可能发生变化的。比如：一个指针指向硬件某个位置的变量，若是直接将其声明为普通变量，那么如果一段代码中要多次使用该变量，那么编译器会将该变量指向的值放入缓存中，但是这个程序执行期间突然指针指向的硬件的地方因为某些原因值发生了变化，但是由于变量的值已经在缓存中导致无法更新，而volatile限定符就是为了明确指出，每次使用同一个变量都要去内存中取值，不能将其存在缓存中。

本文链接：https://blog.csdn.net/qq_40250056/article/details/116381100

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