1.C++学习笔记：内存模型

不念不忘少年蓝@ 2022-07-24 05:13 201阅读 0赞

# C++学习笔记 #

## 存储持续性、作用域和链接性 ##

C++和C语言对于变量定义的方式类型，定义的不同方式确定了变量的生存周期、作用范围以及可以被谁使用的“权限”问题。

### 存储持续性 ###

一般来讲我们把存储的持续性简称为变量在程序中定义的位置，有以下三个位置：

1.**自动存储持续性**：简称自动变量，该变量定义在具体的函数块中，并且不加（static）这种修饰符，该类变量从函数被调用时代码块创建开始到函数执行结束时被释放。

2.**静态存储持续性**：在函数块外定义的变量（全局变量）和使用关键字static定义的变量的存储特性都是静态的，该类变量在程序的整个生命周期都存在。

3.**动态存储持续性**：这类内存一般是使用malloc或new申请，通过free或delete进行释放。需要程序员自己进行内存的管理。

如下面这个例子：

//存储数据的三种方案
    
    #include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    int global_value = 1;    //静态存储持续性
    
    void func1(void);
    
    void func1(void)
    {
        int func1_auto_value = 0;    //自动存储持续性
        static int func1_static_value = 0;    //静态存储持续性
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        int auto_value = 0;   //自动存储持续性
        int *p_value = NULL;
        func1();
    
        // p_value为自动存储持续性，而p_value所申请的内存为动态存储持续性
        p_value = (int *)malloc(sizeof(int) * 100);
        if(p_value == NULL){
            cout << "the memory is full!" << endl;
            exit(1);
        }
    
        free(p_value);    //p_value所申请的内存需要及时释放
        return 0;
    }

### 作用域 ###

关于作用于只要记住以下几点即可：

![这里写图片描述][20160514103013500]

### 链接性 ###

关于链接性建议大家可以阅读一本较为底层的书《程序员的自我修养》，其中的部分章节详细的介绍了静态链接、动态链接以及符号相关的知识。  
如果是linux或unix操作系统建议大家熟练掌握,**objdump**和**redelf**这两个可以查看汇编以及底层链接属性的命令，对于寄存器级别的调试非常有用。

### 说明符和限定符 ###

在C++中我们还需要注意存储说明符和cv限定符。这里和C语言有着少许差异和扩充。

#### 说明符 ####

说明符包含以下几个：

auto (修饰自动类型变量)  
register （用于声明中尽量把变量放置在寄存器中）  
static （表示内部链接性，修饰的变量不再是**全局符号**）  
extern （引用外部的定义变量或者函数）  
thread\_local(C++11新增)  
mutable

其中需要着重解释下**thread\_local**和**mutable**

**thread\_local**相当于把修饰的变量当做是线程内部的一部分。

//thread_local test
    
    thread_local int value = 1;
    
    void func1(void);
    
    void func1(void)
    {
        m.lock();
        value++;    //value编程了每个线程内部的变量，各个线程的value不会共享
        m.unlock();
    }
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        std::thread t1(func1);
        std::thread t2(func1);
        t1.join();
        t2.join();
        // value is 1
        return 0;
    }

mutable的用来指定即使结构体或者类变量被定义为const，但是被mutable修饰的变量依然可以修改。

// mutable test
    
    struct Test
    {
        int a;
        mutable int b;
    };
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        const Test test1 = {
       12, 20};
        test1.a = 20;    //false
        test1.b = 30;    // true
    
        return 0;
    }

#### cv-限定符 ####

const （常性）  
volatile （去掉编译器的优化）

const修饰的变量在定义之后不可以被修改（实际上这句话是有缺陷的）。

//const修饰的变量不能被修改的探讨
    
    int main(int argc, char **argv)
    {
        const int value = 10;
        value = 30;   //false
        int *p_int = (int *)&value;
        *p_int = 30;   //true
    }

也就是说**被修饰的value当然不能直接更改，但是如果有int \*指针指向了他，使用指针去间接修改value**，这种漏洞编译器是很难察觉的，但是作为程序员我们不能去欺负编译器的粗心！！！

**volatile**的存在是因为在程序中如果发现某个值被多次赋值，则编译器会进行优化，不再每次都从内存取值，而是把该值放在了寄存器中，如果是单线程程序当然这是一个比较好的优化，但是对于多线程程序来说，在多次赋值的期间该变量有可能被其他线程已经修改，这样就会造成错误赋值的过程。为了避免这种过度的优化，我们使用了volatile关键字，这样就会提示编译器每次都去内存中取值。

[20160514103013500]: /images/20220722/59527723f4d44f989d9077006c1d3361.png