C++ 存储类

你好，有抱负的程序员们！今天，我们将踏上一段激动人心的旅程，探索 C++ 存储类的世界。如果你是编程新手，不用担心；我将作为你友好的向导，一步步解释所有内容。让我们开始吧！

C++ Storage Classes

什么是存储类？

在我们具体讨论之前，让我们先了解一下存储类是什么。在 C++ 中，存储类定义了变量和函数在程序中的作用域（可见性）和生命周期。它们告诉编译器如何存储变量，是否可以从其他文件访问它，以及它在内存中应该存在多长时间。

现在，让我们详细探索每个存储类。

auto 存储类

C++ 中的 auto 关键字在过去的版本中改变了它的含义。在现代 C++（C++11 及以后版本）中，它用于类型推断。然而，在旧版本中，它是一个存储类说明符。

旧用法（C++11 之前）：

int main() {
auto int x = 5;  // 等同于：int x = 5;
return 0;
}

在这个旧用法中，auto 明确声明了一个具有自动存储持续时间的变量。然而，这是局部变量的默认行为，所以很少使用。

现代用法（C++11 及以后）：

int main() {
auto x = 5;  // x 被推断为 int
auto y = 3.14;  // y 被推断为 double
auto z = "Hello";  // z 被推断为 const char*
return 0;
}

在现代 C++ 中，auto 让编译器根据初始化器推断变量的类型。这在处理复杂类型或类型可能在将来改变时特别有用。

register 存储类

register 关键字是给编译器的一个提示，表明这个变量将被频繁使用，并且应该保持在 CPU 寄存器中以获得更快访问。

#include <iostream>

int main() {
register int counter = 0;

for(int i = 0; i < 1000000; i++) {
counter++;
}

std::cout << "Counter: " << counter << std::endl;
return 0;
}

在这个例子中，我们建议编译器 counter 应该保持在寄存器中。然而，现代编译器通常足够智能，能够自己进行这些优化，所以 register 在实际中很少使用。

static 存储类

static 关键字根据其使用的位置有不同的含义：

1. 静态局部变量

#include <iostream>

void countCalls() {
static int calls = 0;
calls++;
std::cout << "This function has been called " << calls << " times." << std::endl;
}

int main() {
for(int i = 0; i < 5; i++) {
countCalls();
}
return 0;
}

在这个例子中，calls 只被初始化一次，并在函数调用之间保持其值。输出将是：

This function has been called 1 times.
This function has been called 2 times.
This function has been called 3 times.
This function has been called 4 times.
This function has been called 5 times.

2. 静态类成员

class MyClass {
public:
static int objectCount;

MyClass() {
objectCount++;
}
};

int MyClass::objectCount = 0;

int main() {
MyClass obj1;
MyClass obj2;
MyClass obj3;

std::cout << "Number of objects created: " << MyClass::objectCount << std::endl;
return 0;
}

在这里，objectCount 在所有 MyClass 实例之间共享。输出将是：

Number of objects created: 3

extern 存储类

extern 关键字用于在另一个文件中声明全局变量或函数。

文件：globals.cpp

int globalVar = 10;

文件：main.cpp

#include <iostream>

extern int globalVar;  // 声明 globalVar

int main() {
std::cout << "Global variable value: " << globalVar << std::endl;
return 0;
}

在这个例子中，globalVar 在 globals.cpp 中定义，并在 main.cpp 中声明为 extern。这使得 main.cpp 能够使用另一个文件中定义的变量。

mutable 存储类

mutable 关键字允许 const 对象的成员被修改。

class Person {
public:
Person(int age) : age(age), cacheValid(false) {}

int getAge() const {
if (!cacheValid) {
cachedAge = heavyComputation();
cacheValid = true;
}
return cachedAge;
}

private:
int age;
mutable int cachedAge;
mutable bool cacheValid;

int heavyComputation() const {
// 模拟一个繁重的计算
return age;
}
};

int main() {
const Person p(30);
std::cout << p.getAge() << std::endl;  // 这是允许的
return 0;
}

在这个例子中，尽管 p 是 const，我们仍然可以修改 cachedAge 和 cacheValid，因为它们被标记为 mutable。

总结

让我们总结一下我们学到的存储类，并在一个方便的表格中展示：

存储类	目的
auto	类型推断（现代 C++）
register	提示更快访问（很少使用）
static	在函数调用之间保持值或在类实例之间共享
extern	声明其他文件中的变量或函数
mutable	允许 const 对象中的成员被修改

记住，理解存储类对于有效地管理内存和控制变量的作用域至关重要。随着你继续你的 C++ 之旅，你会发现这些概念变得习以为常。祝你编程愉快！

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