C 基础巩固笔记 6

第8章 域和生命周期

域

　　C++中的一个名字可以指向不同的实体，只要编译器能够根据上下文区分出该名字的不同含义。用来区分名字含义的一般上下文就是域。C++支持三种形式的域：局部域，名字空间域，类域。

• 局部域：函数块、语句块都是一个独立的局部域。
• 名字空间域：程序的最外层名字空间域为全局域或全局名字空间域。也可以自定义名字空间域，它们被嵌套在全局域内。
• 类域：每个类定义都收入一个类域。

名字解析：是把表达式中的一个名字与某一个声明相关联的过程，也是给出这个名字意义的过程。

　　局部域内的名字解析是这样进行的：首先，查找使用该名字的域，如果找到一个声明，则该名字被解析。如果没有找到，则查找包含该域的域，这个过程会一直继续下去，直到找到一个声明或已经查找完整个全局域。如果后一种情况发生，即没有找到该名字的声明，这个名字的用法将被标记为错误。

　　因为在名字解析期间查找域的顺序由内向外，所以在外围域中声明被嵌套域中的同名声明所隐藏。

全局对象和函数

　　函数声明：指定了函数的名字以及函数的返回类型和参数表。

　　函数定义：为函数提供函数体，函数的实现。

　　在全局域定义对象时，默认情况下如果未显示指定初始值，则存储区被初始化为0。

　　在一个程序中，一个全局对象只能定义一次(否则为多次定义，编译错误)。在多文件构成的程序中，存在如下问题，如果头文件中定义对象(int j;)，默认j被声明定义并初始化为0。这样，当不同的文件include该头文件时，j就会被多次定义，产生编译错误！因此，需要有一种方法声明一个对象，而不定义它！

　　extern就是这样功能的关键字，extern int j;这样就声明了j，而没做定义。可以在include该头文件的cpp中，做int j = 9;这样的对象定义。

　　如果extern声明时，显示做了初始化。后续的对该对象的定义都标记为错误。如：

extern int j = 0;
int j;//重复定义错误

注意：重复定义是编译错误，重复声明(声明的意思是有一个全局变量它的名字是j)是允许的。如：extern int j; extern int j;

不同文件之前声明的匹配

　　有如下情况：

//--declar.c中—
int  func(unsigned char m) {……}//定义并实现一个uchar参数的函数

//--use.c中—
extern  int func (char);//声明参数为char类型的func函数

　　以上在use.c函数中可能找不到func函数定义，或者编译成功函数执行时失败。

　　C++有一种机制，它可以把函数参数的类型和数目编码在函数名中，该机制为类型安全链接。这样，该机制捕捉到参数不匹配的情况。如将use.c中声明的函数标记为未定义函数。

　　但是对于不同文件，同一对象或函数声明的其它类型不匹配(如返回类型)的情况，编译和链接时可能不被捕捉到。所以一般使用头文件机制，避免此类问题。

关于头文件

　　头文件为extern对象声明，函数声明以及inline函数定义提供了一个集中的位置，这被称做声明的局部化。如果一个文件要使用或定义一个对象或函数时，它必须包含相应的头文件。

头文件提供了两个安全保证：

　　第一：保证所有文件都包含同一个全局对象或函数的同一份声明。

　　第二：如果需要修改声明，则只需要改变一个头文件。从而不至于再发生只修改了某一个特殊的文件中的声明。

　　注意：头文件中不应该含有非inline函数或对象的定义！如头文件中出现：

extern int ival = 0;
double final_rate;
extern void fun() {}

　　因为以上定义出现在头文件中，当头文件被多次包含时，它们都会被多次定义，有重复定义的编译错误。

　　其中，常量和inline函数是可以的。因为他们都是特殊的定义，可以被定义多次。

　　程序编译期间，可能的情况下，符号常量会代替其名字出现。这个替换过程为常量折叠。

　　如const  int value = 0;的定义，当value被用在一个文件中时，编译器用0代替名字value。为了使编译器能够用一个常量值替换它的名字，该常量的定义必须在它被使用的文件中可见。所以符号常量可以在同一程序的不同文件中被定义多次。

　　关于inline函数，由于一些函数不适合内联，这时编译器在调用点不会内联该函数，而是为该函数生成一个定义，放到可执行文件中。如果在多个文件中生成同一函数的定义，那么会产生一个不必要的，过大的可执行文件，并且显然是不必要的。所以，应该慎重使用inline函数。

自动对象

　　自动对象的存储分配发生在定义它的函数被调用时，分配给它的存储区来自于程序运行栈，它是函数活动记录的一部分。未初始化的自动对象的存储区值是上次该区域被使用的结果，是一个随机值，称为未指定的。函数结束时，它的活动记录被从运行栈中弹出，自动对象的存储区被释放！

　　当一个自动变量的地址被存储在一个生命期长于它的指针时，该指针被称为空悬指针。一定要注意！避免此种情况发生！

寄存器自动对象

　　用register声明！编译器把此种对象装载到机器的寄存器中。因为寄存器存取速度比内存快的多，当某一变量被频繁使用时，用寄存器变量可以提高函数执行效率。

　　register对编译器来说只是一个建议，编译器可以忽略该建议，使用寄存器分配算法找出最合适的时候入到机器寄存器中。

静态局部变量

　　声明为static，程序运行期间一直存在，但其可视性在局部域(语句块函数块)内。在编译时初始化，并且只初始化一次。如不显示初始，则自动赋值为0。如下例子：

int f()
{
　　static int j = 3;
 　 j++;
　　return  j;
}

void output()
{
　　for(int a= 0; a < 3; a++)
　　printf(“%d，”, f());
}

输出结果为：4，5，6，

动态分配的对象

　　系统为每个程序提供了一个在程序执行时可用的内存池，它被称为程序的空闲存储区(freestore)或堆(heap)。动态分配对象允许程序员完全控制它的分配和释放，它被分配在堆上。

三种形式的new表达式：

　　支持单个对象的动态分配，支持数组的动态分配，定位new表达式

　　单个对象的动态分配与释放：new表达式由new关键字和其后面的类型指示符构成，如：new int;

• 堆的一个特点是，其中分配的对象没有名字，new表达式没有返回实际分配的对象，而是返回指向该对象的指针。在运行时刻从堆中分配内存，所以叫动态分配。
• 第二个特点：分配的内存是未初始化的。是上次运行后的内存值。//当然可通过调用构造函数做初始化。

　　new表达式的操作顺序为：从堆上分配对象，然后用括号中的值初始化该对象。调用new()库操作符分配内存，内存不足，不够分配对象内存，会抛出异常。

　　delete操作调用库操作符delete()，释放堆上分配的内存。如果指针为0，则C++会保证不调用操作符delete()，没有必要做非0测试。(C++本身有机制会做该测试)

注意：delete操作符只能释放new在堆上分配的内存，其它delete操作是非法的(对0指针的操作除外，虽不报错，也是不合理的)。

动态内存分配相关的错误：

1. 应用delete表达式失败，内存无法返回空闲存储区，内存泄漏。
2. 对同一内存做两次delete操作。如：多个指针指向同一堆内存，再释放每个指针。
3. 对象被释放后，操作其指针。

数组的动态分配与释放

　　动态分配数组第一维不必是常量值，可以是任意表达式。

　　delete[]  方式来释放。

定位new表达式

　　允许程序员将对象创建在已经分配好的内存中。形式为：new (指针名) 类型

例如：

char*  buf = new char[5];
int*  pi = new (buf) int(0);//意为：在buf上创建一个int对象。buf持有内存，只需释放buf即可。

名字空间的定义

　　缺省情况下，在全局域中声明的每个对象，函数，类型等都引入一个全局实体，在全局域引入的全局实体必须有唯一的名字，否则产生名字冲突问题，即全局名字空间污染。

　　名字空间就是用来解决这种问题的有效方案！

　　用户声明的名字空间代表一个不同的名字空间域，它可以包含其它嵌套的名字空间定义。一个域中定义的名字是唯一的。

　　名字空间内成员的名字会自动被空间名限定修饰，如webcore::string,  webcore::submitL()。

　　为了使用更方便，C++有名字空间别名、using声明、using指示符等机制。

用法：

namespace  myspace//需在域中唯一
{
….
}

　　名字空间的定义不一定是连续的，可以

namespace  myspace {  part1  }
namespace  myspace {  part2  }

　　在不同位置共同定义一个完整的名字空间，并可跨跃不同文件，所以名字空间的定义是可累积的。

　　这样可以分开编写代码的接口声明和实现部分，使代码结构清晰：如：

namespace  myspace
{
　　void  fun();
}//声明部分

namespace  myspace
{
void  fun()
　　{
　　　　int a = 0;
　　}
}//实现部分

域操作符 ::

　　使用名字空间内的成员myclass，而不用域名限定修饰是错误的！因为编译器不知道成员名myclass指向的是哪个声明。

　　名字空间内的成员声明被隐蔽在其名字空间中，如不进行域名限定，编译器将在当前域中查找该名字的声明。如：

//primer.h
namespace myspace
{
　　class myclass { …. };
}

//use.cpp
#include “primer.h”
class myclass { … };//全局中声明的myclass和myspace域中同名类不冲突。
void fun( myclass& m );//此时myclass没有加域名限定，其意为全局域中声明的myclass

　　域操作符可以指向全局名字空间中的名字，用法如：   ::myclass//显示使用全局myclass，可用于全局域的变量被局部域中同名变量隐藏时，访问全局域中的变量。

嵌套名字空间

namespace cplusplus_primer {
// 第一个嵌套域
// 定义了库的 matrix 部分
　　namespace MatrixLib
　　{
　　　　class matrix { /* ... */ };
　　　　const double pi = 3.1416;
　　　　matrix operator+ ( const matrix &m1, constmatrix &m2 );
　　　　void inverse( matrix & );
　　　　// ...
　　}

// 第二个嵌套域

// 定义了库的 Zoology 部分

　　namespace AnimalLib {
　　　　class ZooAnimal { /* ... */ };
　　　　class Bear : public ZooAnimal { /* ... */ };
　　　　class Raccoon : public Bear { /* ... */ };
　　　　// ...
　　}

}

　　名字空间cplusplus_primer包含两个嵌套的名字空间：MatrixLib和AnimalLib。调用方法为：  cplusplus_primer::MatrixLib::inverse

　　在外围名字空间中声明的实体，被里面的名字空间中的同名声明实体隐藏。

名字空间成员定义

1. 在名字空间内定义。//可以声明和定义分开
2. 使用限定符在名字空间定义外，做定义。

如：

cplusplus_primer::MatrixLib::matrix  cplusplus_primer::MatrixLib::operator+ (const matrix& , const matrix&) { …… }

　　应该注意：函数名必须要用域名做限定，局部域类型matrix返回值必须做限定，但是参数和函数实现块中matrix类的使用可以不用域名限定。因为operator+的名字被解析后，编译器已经找到其名字空间，可直接用名字空间域中的名字。

　　但是注意：只能在包含该名字空间的域内做这种方式的定义。如：可在全局域，cplusplus_primer和MatrixLib中定义。并且声明过才能被定义，否则是非法的。

未命名的名字空间

用法如：

//somef.cpp

namespace
{
　　void  fun() { ….. }
}

这样声明定义的函数，只在somef.cpp中可见。

它同static声明函数有相同的性质，如：

static void  fun() { …. }//也是只在somef.cpp中可见的。

名字空间别名

用法如：

namespace International_Business_Machine  { ….}
//做一个International_Business_Machine的别名
namespace IBM = International_Business_Machine;

之后使用IBM做域名限定即可。