《C++ Primer Plus》《9、内存模型和名称空间》

前言

通常情况下，大型程序都是由多个源代码文件组成，这些文件可能共享一些数据,这涉及到如何编译的问题，本章对代码的编译做重点的介绍。

1 单独编译

在有多个源文件时，先对这些文件进行编译，然后将它们链接成可执行的程序。单独编译是出于开发的效率，可移植性提出来的。首先了解一下背景，在大型项目下有多个源文件，若是每个程序都包含某个函数的定义，首先程序会显得冗余，修改起来比较麻烦；其次，要是进行修改，所有文件都需要重新编译一次。将一个程序放在多个文件中会有很多新的问题出现。因此C++开发人员提出了#include 来解决这个个问题，与其将结构声明加入到每一个文件中，不如将其放到头文件，要修改声明时，只需要在头文件修改即可。
因此可以将项目的文件大体分为3类：
1）头文件：包含结构声明和这些结构函数的原型；
2）源代码文件：包含与结构有关的函数的代码；
3）源代码文件：包含调用与结构相关的函数的代码；
对于头文件做一些额外的说明：
在大型项目中，可能会重复包含一个头文件，这样会使得“重复定义“的现象发生，为了提前预防这种状况，需要添加头文件保护，示例如下：

#ifndef _HEADER__
#define _HEADER__
……（statement）
#endif
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3
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这样就可以确保头文件在编译的过程中不会重复包含。
头文件包含内容如下：
1）函数原型；
2）使用#define或const定义的符号常量；
3）结构声明；
4）类声明；
5）模板声明；
6）内联函数
头文件做的活，基本上都是声明，提前告诉预编译器的变量大小，让编译器“做好准备”。书中给出了示例：coording.h,file1.cpp,file2.cpp。在头文件种声明了结构体，函数原型；
在file2.cpp中对coording.h声明的函数做出具体的实现，而file1.cpp一般是主函数，并会用到之前声明函数的调用。
下图展示了多个函数编译最终合成一个可执行程序的过程。

2 存储持续性、作用域和链接性

1）自动存储连续性：
一般指的是在函数体内部定义的变量，在执行完函数或者代码块时，他们使用的内存便会被释放。
2）静态存储持续性
在函数定义外定义的变量和使用关键词static定义的变量的存储持续性都为静态，在程序的整个运行过程都存在。
3）线程存储持续性
CPU可同时处理多个执行任务，让程序能够将计算放在可并行处理的不同线程中。
4）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。

2.1作用域和链接

作用域描述了·名称在文件多大范围内可见。例如局部变量与全局变量。局部变量只能在函数中局部起作用，而全局变量在整个文件中都可以被使用。C++函数的作用域可以是整个类或者某个名称空间，但绝对不是局部的。
链接性描述了名称空间如何在不同单元间共享，链接性为外部的名称空间可以在文件间共享，链接性为内部的名称只能由一个文件中的函数共享。

2.2自动存储连续性

默认情况下，在函数中声明的函数参数和变量的存储持续性为自动，作用域为局部，没有链接性。
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2.3静态持续变量

C++的静态存储变量提供了三种链接性：外部链接性（可在其他文件夹中访问），内部链接性（只能在当前文件夹中访问），无链接性（只能在当前函数或代码块中访问）；不管链接性如何，这些变量在整个程序执行期间都是一直存在的。

静态变量的初始化有零初始化，表达式初始化与动态初始化。

2.4静态持续性、外部链接性

链接性为外部的变量通常简称为外部变量，他们的存储持续性为静态，作用域为整个文件。书中给出了示例，在一个文件中定义了一个变量，另一个文件想要使用他时只需要extern这个变量即可。

2.5静态持续性、内部链接性

将static限定符用于作用域为整个文件的变量，该变量的链接性是内部的。在多个文件中，这样的声明就很有意义，例如：链接为内部的变量只能在其所属的文件中使用；但常规外部变量具有外部链接性，即可以在其他文件中使用。
书中给出了twofile1.cpp,twofile2.cpp，通过给出不同变量的地址，观察变量是否还保持一致。

2.6静态存储连续性、无链接性

这种变量是这样创建的，将static限定符用于在代码块中定义的变量；在代码块中使用static，将使得局部变量的存储持续性转化为静态的。如果初始化了局部静态变量，则程序只在启动的时刻进行一次初始化，书中给出了示例代码。

2.7说明符和限定符

C++关键字提供了有关存储的信息，包括cv限定符，mutable,const，前两个与硬件相关，着重讲一下const限定符。默认情况下，全局变量的链接性为外部的，但是const全局变量的链接性为内部的，在变量前加上了const关键字，就像使用了static说明符一样。

2.8函数和链接性

函数也具备链接性，所有函数的存储持续性默认为静态的，所以函数在程序执行期间都一直存在。默认情况下，函数的链接性为外部的，即可以在文件间共享；但是若是在函数前加上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。

2.9语言链接性(了解)

链接程序要求每个不同的函数都有不同的符号名。在C++中，同一个名称可能对应多个函数，必须将这些函数翻译为不同的符号名称。

2.10存储方案和动态分配

通常编译器使用三块独立的内存：静态变量，自动变量，动态存储。在C++中由new分配的内存称为动态内存，由new分配的内存将一直保留在内存中，直到使用delete运算符将其释放掉。
1）使用new运算符初始化
a.为内置的标量类型分配存储空间并初始化

例子：int *pi = new int(6)  //一个指向6的整型数值的一个指针*pi
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b.初始化结构体

例子：struct where{double x,double y,double z};
where* one = new where{1.0,2.0,3.0}; //声明一个one的指针指向这个结构体
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2）new失败时
以前new找不到请求的内存量返回一个空指针，现在会引发异常std::bad_alloc。
3）new:运算符，函数和替换函数
分配函数与释放函数
new和new[]对应的delete和delete[],书中给出了示例。
4）定位new运算符
new负责在堆中找到一个足以能够满足要求的内存块。new还有一种变体，称为定位new运算符，它让您能够指定要使用的位置。书中给出了示例的代码。
下面是对代码块的补充说明：

pd1 = new double[N];             //use heap
pd2 = new (buffer) doubkle [N];     //use buffer array
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起始地址：
常规new将指针放在很远的位置，若是重新进行赋值，地址也会进行更改；而定位new运算符不一样，他每次赋值的地址都是从buffer的起始地址进行的。
是否使用delete:
常规new运算符要是想从最初的地址进行重新赋值，可以先delete[]一下，因为delete用来释放指向常规new运算符分配的堆内存；而定位new运算符，buffer指定的内存是静态内存，用delete无法进行删除。

3 名称空间

名称可以是变量，函数，结构，枚举，类以及类和结构的成员，随着项目的增大，名称内相互冲突的可能性也将增加，例如多个厂商都定义了list，但定义的方式不兼容，这种冲突被称为名称空间问题。C++为了解决这类问题提供了名称空间工具，以便更好地控制名称的作用域。

3.1 传统的C++名称空间

首先介绍一些术语，声明区域，作用域和潜在作用域。
声明区域：可以在其中声明的区域；
作用域：变量对程序而言可见的范围被称为作用域；
潜在作用域：变量可能在这片区域被另一个嵌套声明区域中声明的同名变量隐藏；

3.2新的名称空间特性

1）using声明和using编译指令
using声明使得特定的标识符可用,using编译指令使得整个名称空间可用。
2）using编译指令和using声明的比较
出于安全性考虑，一般来说尽量使用using声明，因为他只导入指定的名称，如果他有局部变量发生冲突，编译器会发出指示；而直接使用using编译指令，遇到上述情况，局部变量会直接覆盖名称空间的版本，编译过程中而不发出指示，这样代码在执行过程中就可能会出现问题。
3）名称空间的其它特性
a.可以将名称空间的声明进行嵌套；
b.可以在名称空间内进行using编译指令和using声明；
4）可以通过省略名称空间的名称来创建未命名的名称空间，这种操作为链接性为内部的静态变量提供了一种替代。

3.3名称空间示例

书中给出了代码示例说明名称空间的一些特性。

3.4名称空间及其前途

书中给出了使用名称空间的指导原则。

使用名称空间的最终目的是简化大型项目的管理工作。

4总结

本章介绍了程序中变量，函数的存储型，链接性。讲述了动态分配内存的两种方法；讲述了名称空间的特性，以及如何使用名称空间。

5 参考

5.1 《C++ Primer Plus》