C++ 内存模型

C++ 内存模型 程序的内存分配

https://blog.csdn.net/u013007900/article/details/79338653

一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分：

栈区（stack）— 由编译器自动分配释放，存放函数的参数值，局部变量的值等。其 *** 作方式类似于数据结构中的栈。堆区（heap） — 一般由程序员分配释放，若程序员不释放，程序结束时可能由OS（ *** 作系统）回收。注意它与数据结构中的堆是两回事，分配方式倒是类似于链表。全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束后由系统释放。文字常量区 —常量字符串就是放在这里的。程序结束后由系统释放。程序代码区—存放函数体的二进制代码。

int  a=0;   全局初始化区    

char *p1;   全局未初始化区    
int  main()    
{    
  int  b; //栈    
  char  s[]="abc"; //栈    
  char  *p2; //栈    
  char  *p3="123456"; //123456/0在常量区，p3在栈上。    

  static int c =0；//全局（静态）初始化区    
  p1 =  (char  *)malloc(10);  //分配得来得10和20字节的区域就在堆区
  p2  = (char  *)malloc(20);       
  strcpy(p3,"123456"); //123456/0放在常量区，编译器可能会将它与p3所指向的"123456"  优化成一个地方。    
}    

头文件

不要将函数定义或变量声明放到头文件中，如果同一程序的其他两个文件包含了该头文件，此时同一个程序将包含同一个函数的两个定义，即多重声明问题，这会导致错误。头文件常包含以下内容：

函数原型(函数声明)宏定义；#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

源代码文件用于具体实现，即头文件中所声明的函数或类的具体实现。

注意，只需将源代码文件加入到项目中，而不用加入头文件。这是因为#include指令管理头文件。另外，不要使用#include来包含源代码文件，这样做将导致多重声明。

https://blog.csdn.net/nei504293736/article/details/90200066

模板类的分离问题：

声明和实现都写到.h文件中或者，声明写到.h中，实现写到.cpp中，同时在.cpp文件中声明具体的模板类(显式实例化)

https://www.jianshu.com/p/bd2e05aabf7a

https://stackoverflow.com/questions/495021/why-can-templates-only-be-implemented-in-the-header-file

存储持续性、作用域和链接

有4中内存方案：

自动存储持续性，在函数定义中声明的 变量（包括函数参数）的存储持续性是自动的。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，对于多线程来说，如果变量是使用关键字thread_local声明的，则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。这种内存的存储持续性为动态，有时被称为自由存储（free store）或堆（heap）。

作用域(scope)描述了名称在文件的多大范围内可见。可分为局部和全局，作用域为局部的变量只在定义它的代码块中可用，作用域为全局的变量在定义位置到文件结尾之间都可用。

链接性(linkage)描述了名称如何在不同单元间共享。链接性为外部的名称可在文件间共享，链接性为内部的名称只能由一个文件中的函数共享。

静态持续变量与static

程序不会使用栈或者其他来管理静态变量，而是编译器会分配固定的内存块来存储静态变量，这样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，编译器将把它设置为默认值。

C++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

int global = 10;  //静态持续，外部链接
static int one_file = 50;  //静态持续，内部链接
void fun1(int n)
{
    static int count = 0;  //静态持续，无链接性
    int llama = 0;
}

所有静态持续变量在整个程序执行期间都存在。fun1()中声明的变量count的作用域是局部且没有链接性，但是该变量会一直存留在内存中；global和one_file的作用域都为整个文件，而one_file的链接性为内部只能在本文件中使用它，而global的链接性为外部，因此可在其他程序文件中使用它。

extern与static

链接性为外部的变量通常简称为外部变量，它们的存储持续性为静态，作用域为整个文件。外部变量是在函数外部定义的，其也可被称为全局变量。

单定义规则(One Definition Rule, ODR)：变量只能由一次定义。C++提供了两种变量声明。一种是定义声明(defining declaration)或简称为定义(definition)，它给变量分配存储空间；另一种声明是引用声明(referencing declaration)或简称为声明(declaration)，它不给变量分配存储空间，因为它引用已有的变量。引用声明使用关键字extern，且不进行初始化。

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。如果要在多个文件中使用外部变量，只需在一个文件中包含该变量的定义(当定义规则)，但在使用该变量的其他所有文件中，都必须使用关键字extern声明它。

//file1.cpp
int a;  //定义，默认为0
static int b = 4;  // 定义，因为初始化了
const int c = 5;
extern const int d = 6;
extern int e = 7;
int fun1(int m, int n) {
    //...
}

//file2.cpp
extern int a, d, e;  //声明，因为有extern且未初始化
int b, c;  // static, const的链接性均为内部
int fun1(int, int);  //函数声明的extern可省略

其他说明符和限定符

const

声明为const的变量必须在声明的时候就初始化，并且一旦初始化后，其值就不可改变，且其声明一般是放在头文件中。const变量的链接性为内部。不过可以在定义时使用extern修饰来覆盖默认的内部链接性，将该变量的链接性为外部，

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

此时，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。

mutable

mutable修饰的变量表明其无论如何是可改变的。比如一个const对象，其成员变量不可变，此时若声明某个成员变量是mutable的，则它依旧可以通过该const对象来改变该成员变量的值。

函数和链接性

所有函数的存储持续性都为静态的，即在整个程序执行期间都存在。默认情况下，函数的链接性为外部，即可以在多个文件中共享，但是在另一个文件中可以不使用extern关键字来声明函数原型，而可以直接声明函数原型即可。如果使用static关键字修饰函数，则其链接性将变为内部，此时其只能在一个文件中使用而不能在其他文件中声明和使用，必须在函数原型和函数定义中都使用该关键字，此时如果外部有同名函数，该静态函数将覆盖外部同名函数，就同局部变量覆盖全局变量一样。