C++ 编程基础（7）内存模型 | 7.3、存储持续性、作用域和链接

前言：

在C++编程中，理解变量的存储持续性、作用域和链接对于编写高效、可维护的代码至关重要。本文将详细介绍这三个概念，并通过示例说明它们在实际编程中的应用。

一、存储持续性、作用域和链接

1、存储持续性

存储持续性指的是变量在程序执行过程中存在的时间长度。C++标准定义了四种不同的存储持续性：

• 自动存储持续性：变量在定义它的代码块（通常是函数或循环、条件语句等）执行时创建，在离开该代码块时销毁。例如：函数参数及函数内部定义的变量。
• 静态存储持续性：变量在程序开始执行前分配内存，在程序结束时释放内存。例如：全局变量、静态局部变量（在函数内部定义，但用static修饰的变量）以及静态成员变量。
• 线程存储持续性（C++ 11）：变量在每个线程开始执行前分配内存，在线程结束时释放内存。使用thread_local关键字声明。例如：thread_local int c = 20;，变量c具有线程存储持续性。
• 动态存储持续性：在堆上分配内存，直到显式释放。使用new和delete操作符。

2、作用域

作用域决定了变量在程序中的可见性。C++中主要有四种作用域：

• 全局作用域：在所有函数外部声明的变量或函数具有全局作用域，它们在程序的任何地方都是可见的。
• 局部作用域：在函数或代码块内部声明的变量具有局部作用域，它们仅在定义它们的函数或代码块内可见。
• 块作用域：块作用域是局部作用域的一种特殊情况，由花括号{}包围的代码块定义。
• 文件作用域：在单个文件内声明的静态变量或静态函数具有文件作用域，它们仅在该文件内可见。例如：static int fileVar = 50;，变量fileVar仅在当前文件内可见。

3、链接

链接决定了变量或函数在不同文件之间的可见性。C++中有三种链接类型：

• 外部链接：具有全局作用域的变量或函数具有外部链接，它们可以在其他文件中通过extern关键字访问。例如：全局变量、函数。
• 内部链接：使用static关键字声明的全局变量或函数具有内部链接，它们仅在定义它们的文件内可见。
• 无链接：局部作用域和块作用域的变量以及某些特定的实体具有无链接，它们不能在定义它们的代码块或文件之外访问。

注意：在匿名命名空间内定义的变量不具有连接性。

4、函数与链接性

• 外部连接性

默认情况下，C++函数具有外部链接性，这意味着它们可以在不同文件之间共享和调用。外部链接性的函数可以在一个文件中定义，并在另一个文件中声明和使用。例如：

// file1.cpp
void output(const std::string &str)
{
    std::cout << str << std::endl;
}

// main.cpp
// 使用extern关键字，声明output函数是在别处定义的
extern void output(const std::string &str);

int main() {
    output("hello world!");
    return 0;
}

• 内部连接性

通过使用static关键字，可以将函数的链接性设置为内部，使其只能在定义它的文件中使用。这有助于避免命名冲突，并限制函数的作用范围。

#include <iostream>

static void internalFunction() {
    std::cout << "This is an internal function." << std::endl;
}

void callInternalFunction() {
    internalFunction();
}