C++中的内存模型和名称空间

1、单独编译

和C语言一样C++也允许甚至鼓励程序员将组件函数放在独立的文件中，可以单独编译这些文件，然后将它们链接成可执行的程序。如果只修改一个文件，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。

头文件中常包含的内容：

• 函数原型
• 使用#define或const定义的符号常量
• 结构声明
• 类声明
• 模板声明
• 内联函数

将结构声明放在头文件中是可以的，因为它们不创建变量，而只是在源代码文件中声明结构变量时，告诉编译器如何创建该结构变量。模板声明不是将要被编译的代码，它们指示编译器如何生成与源代码中的函数调用相匹配的函数定义。被声明为const的数据和内联函数有特数的链接属性，可以放在头文件中，不会引起问题。

1.1 头文件管理

在同一个文件中只能将同一个头文件包含一次，但很可能在不知情的情况下将头文件包含多次。基于预处理器编译指令#ifndef可以避免多次包含同一个头文件。

#ifndef COORDIN_H_

#define COORDIN_H_

//..............

#endif

编译器首次遇到该文件时，名称COORDIN_H_没有定义，编译器将查看#ifndef和#endif之间的内容。如果在同一个文件中遇到其他包含该头文件的代码，编译器知道COORDIN_H_已经被定义了，从而跳到#endif后面的一行上。

2、存储的持续性、作用域和链接性

C++中使用3种(C++11中是四种)不同的方案来存储数据，这些方案的区别就在于数据保留在内存中的时间。

• 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。
• 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。
• 动态存储持续性：使用new运算符分配的内存将一直存在，直到使用delete运算符将其释放或者程序结束为止。
• 线程存储持续性(C++11)：当前，多核处理器很常见，使用关键字thread_local声明的，则其生命周期与所属的相乘一样长。

2.1、静态持续变量

和C语言一样，C++也为静态存储持续性变量提供了3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)、无链接性(只能在当前函数或代码块中访问)。这3种连接性都在整个程序执行期间存在，与自动变量相比，它们的寿命更长。编译器将分配固定的内存块来存储所有的静态变量，这些变量在整个程序执行期间一直存在。另外，如果没有显式地初始化静态变量，编译器将它设置为0。

int global=1000;       //静态持续变量，外部链接

static int one_file=50;  //静态持续变量，内部链接

int main()
{
...
}

void funct1(int n)
{
    static int count=0;   //静态变量，无链接
    int llama=0;
    ...
}

void funct2(int q)
{
    ...
}

程序中的所有静态持续变量（global、one_file和count）在整个程序执行期间都存在。在funct1()中声明的变量count的作用域为局部，没有链接性，这意味只能在funct1()函数中使用，就像自动变量llama一样。与llama不同的是，即使在funct1()函数没有被执行时，count也留在内存中。global和one_file的作用域都为整个文件，即在从声明位置到文件结尾的范围都可以被使用。由于one_file的链接性为内部，因此只能在包含上述代码的文件中使用它；由于global的连接性为外部，因此可以在程序的其他文件中使用它。

#include 

const int Arsize = 10;   //变量不允许修改
void strcount(const char* str);

int main()
{
	char input[Arsize];
	char next;

	std::cout << "Enter a line:n";
	std::cin.get(input,Arsize);

	while (std::cin)
	{
		std::cin.get(next);
		while (next != 'n')
			std::cin.get(next);
		strcount(input);
		std::cout << "Enter next line (empty line to quit):n";
		std::cin.get(input,Arsize);
	}

	std::cout << "Byen";

	std::cin.get();
	return 0;
}

void strcount(const char* str)
{
	static int total = 0;  //无链接性的静态存储局部变量
	int count = 0;
	while (*str++)
		count++;
	total += count;
	std::cout << count << "charactersn";
	std::cout << total << "characters totaln";
}

关键词static被用在作用域为整个文件的声明中时，表示内部链接性；被用于局部声明中，表示局部变量的存储类型为静态的。关键词extern表明是引用声明，即声明引用在其他地方定义的变量。const限定符表明，内存被初始化后，程序便不能对它进行修改。

volatile关键词表明，即使程序代码没有被内存单元进行修改，其值也可能发生变化。例如，可以将一个指针指向某个硬件位置，其中包含了来自串口的时间或信息，在这种情况下，硬件（而不是程序）可能修改其中的内容。假设编译器发现，程序在几条语句中两次使用了某个变量的值，则编译器可能不是让程序查找这个值两次，而是将这个值缓存到寄存器中，这种优化假设变量的值在这两次使用之间不会变化。将变量声明为volatile，相当于告诉编译器，不要进行这种优化。

2.2、函数和链接性

和变量一样，函数也有链接性，C++不允许在一个函数中定义另外一个函数，因此所有函数的存储持续性都自动为静态的，即在整个程序执行期间都一直存在。可以使用关键static将函数的链接性设置为内部的，使之只能在一个文件中使用，同时必须在原型和函数定义中使用该关键字：

static int private(double x);

static int private(double x){....}

这意味着该函数只在这个文件中可见，还意味着可以在其他文件中定义同名的函数。和变量一样，在定义静态函数的文件中，静态函数将覆盖外部定义，因此即使在外部定义了同名的函数，该文件仍将使用静态函数。