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C/C++ 中的存储类别

存储类别定义

存储类别在 C/C++ 中是描述内存管理的关键概念，主要涉及三个方面：作用域、链接性和存储期。这些属性共同决定了变量在程序中的行为和内存管理方式。

作用域 (Scope)

作用域描述了变量可访问的范围，C/C++ 中主要有两个作用域：块作用域和文件作用域。

• 块作用域 (Block Scope): 变量只能在声明它的块内访问，包括函数体内的局部变量。
• 文件作用域 (File Scope): 变量可在整个文件范围内访问，除了在文件包含过程中，头文件和源文件被当作一个“翻译单元”处理。

链接性 (Linkage)

链接性决定了变量或函数在多个文件间是否可访问，在 C/C++ 中有三种链接性：

• 外部链接 (External Linkage): 可以在同一或多个文件中使用。
• 内部链接 (Internal Linkage): 只能在文件内使用。
• 无链接 (No Linkage): 只能在块作用域内使用。

存储期 (Storage Duration)

存储期决定了变量在内存中的存在时间：

• 静态存储期 (Static Storage Duration): 变量在程序执行期间一直存在。
• 线程存储期 (Thread Storage Duration): 变量随线程存在。
• 自动存储期 (Automatic Storage Duration): 局部变量，自动分配和释放。
• 动态分配存储期 (Allocated Storage Duration): 使用 malloc 或 new 动态分配，手动释放。

存储类别在 C/C++ 中的表示形式

在 C/C++ 中，存储类别由关键字和作用域决定，如 auto、register、extern、static 和 thread_local。

1、自动存储类别

自动变量属于块作用域，无法外部访问，分配和释放自动处理。可以用 auto 关键字强调，但在 C++ 11之后 auto 用法发生变化。

2、寄存器存储类别

寄存器变量存储在 CPU 寄存器中，访问速度最快。使用 register 关键字声明，编译器可能将其映射到寄存器，但不总是保证。

3、静态存储类别

静态变量具有静态存储期，可在文件作用域或块作用域内使用：

• 静态、外部链接: 全局变量，默认静态。
• 静态、内部链接: 使用 static 声明，全局变量仅在文件中可访问。
• 静态、无链接: 使用 static 声明局部变量，无法外部访问。

C/C++ 的内存管理

在运行时，内存分为栈、堆和静态存储区：

链接与符号表

链接器通过符号表管理代码和数据段，记录变量和函数的链接属性。不同链接属性的变量有不同的符号属性，如外部链接和内部链接的全局变量。

链接时，符号表记录变量的位置和属性，链接器根据这些信息组合目标文件。每个变量在符号表中有独特的标识，如名称和值。

总结

存储类别的理解涉及作用域、链接性和存储期，通过关键字控制变量在内存中的存储和访问。理解这些概念有助于更好地管理内存和实现安全的多线程程序。