C++ :变量

一、变量核心概念（内存视角）

1. 变量本质

• ​内存单元的具名标识（给内存地址起别名）
• ​三要素：
  • 存储位置（内存地址）
  • 存储内容（数据值）
  • 存储格式（数据类型）

2. 变量生命周期图

声明 → 定义 → 初始化 → 使用 → 销毁

二、变量声明 vs 定义（关键区别）

特征	声明（Declaration）	定义（Definition）
作用	告知编译器变量存在	实际分配内存并关联标识符
关键字	extern	无（默认行为）
允许次数	多次（同一作用域）	仅一次（ODR原则）
初始化	禁止	可选

示例代码：

// 声明（不分配内存）
extern int globalVar; // 正确声明方式
extern double pi = 3.14; // 错误！声明不能初始化

// 定义（分配内存）
int counter;         // 默认初始化（值不确定）
std::string name{};  // 值初始化（空字符串）

 分离式编译规则

// header.h
extern int globalVar;  // 声明

// source.cpp
int globalVar = 42;    // 定义

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三、变量初始化（现代C++最佳实践）

1. 初始化方式对比

方式	语法	特性
默认初始化	int a;	内置类型值不确定
拷贝初始化	int a = 5;	可能调用拷贝构造函数
直接初始化	int a(5);	避免临时对象生成
列表初始化	int a{5};	C++11新特性（防窄化转换）
值初始化	int a = int();	内置类型初始化为0

 

2. 列表初始化优势（C++11）

struct Point {
    int x; 
    int y;
};

Point p1 = {2, 5};       // 聚合初始化
std::vector<int> vec{1,2,3}; // 容器初始化

// 窄化转换检测（编译错误）
int a{5.2}; // 错误！double→int丢失信息

 3. 未初始化风险案例

void func() {
    int x;         // 危险！值不确定
    std::cout << x; // 未定义行为
}

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四、作用域（Scope）规则

1. 作用域层次

类型	范围	生命周期	示例
局部作用域	代码块{}内	自动销毁	函数内变量
全局作用域	文件内	程序运行期	int globalVar;
命名空间作用域	命名空间内	程序运行期	namespace N { int x; }
类作用域	类内部	依附对象生命周期	class A { static int x; };

2. 名称隐藏规则

int x = 10;        // 全局变量

void demo() {
    int x = 20;    // 隐藏全局x
    cout << x;     // 输出20
}

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五、生命周期（对象存在时间）

1. 存储期类型

存储期	关键字	初始化时机	典型场景
自动存储期	无	进入作用域时	局部变量
静态存储期	static	首次定义时	全局变量/static局部
线程存储期	thread_local	线程启动时	C++11线程局部变量
动态存储期	new/delete	手动分配时	堆内存对象

2. static变量特性

void counter() {
    static int count = 0; // 只初始化一次
    ++count;
    cout << count;
}
// 调用3次输出：1 2 3

如下图所示

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六、特殊变量类型

1. 常量变量

const int MAX_SIZE = 100;      // 编译期常量
constexpr int BUFFER_SIZE = MAX_SIZE * 2; // C++11常量表达式

2. 静态变量

void func() {
    static int callCount = 0; // 保持状态
    ++callCount;
}

3. 易变变量（volatile）

volatile bool flag = false; // 防止编译器优化（多线程/硬件交互）

 

七、变量属性扩展（高级特性）

1. C++11特性 - 类型推断

auto i = 42;        // int
auto d = 3.14;      // double
auto s = "hello";   // const char*

2. C++17结构化绑定

std::pair<int, double> p{1, 2.5};
auto& [x, y] = p;   // x绑定到p.first, y绑定到p.second

 

八、工程实践准则

1. ​命名规范：

   • 全局变量加g_前缀：g_config
   • 类成员变量加m_前缀：m_count
   • 常量全大写：MAX_SIZE

2. ​作用域最小化原则：

   // 错误示例
   for (int i=0; i<10; ++i) { ... }
   cout << i;  // i已失效
   
   // 正确做法
   {
       int i = 0;
       for (; i<10; ++i) { ... }
   } // i离开作用域

3. ​避免使用全局变量：

   • 改用单例模式或命名空间封装

常见错误案例

// 错误1：未初始化
int speed; 
std::cout << speed; // 未定义行为！

// 错误2：作用域冲突
int x = 5;
{
    double x = 3.14; // 隐藏外层x（variable shadowing）
}

// 错误3：跨作用域返回局部变量
int* badFunc() {
    int local = 10;
    return &local; // 悬垂指针！
}

九、调试技巧与工具

1. 内存查看方法

int var = 0x12345678;
// 查看地址和内存布局
std::cout << "Address: " << &var 
          << "\nValue: " << std::hex << var;

2. 使用调试器（GDB示例）

(gdb) break main          # 设置断点
(gdb) print &variable     # 查看变量地址
(gdb) x/4xb &variable     # 显示内存原始字节

 十、常见问题解答

1. ​变量名能否以数字开头？
   × 错误：int 2ndVar;
   √ 正确：int var2nd;

2. ​如何选择变量类型？

   • 优先考虑取值范围 → 选择最小适用类型
   • 需要精确计算 → 避免float用double
   • 布尔判断 → 使用bool而非int

3. ​extern "C"的作用
   在C++中声明C语言变量：

   extern "C" int c_variable;  // C风格链接

十一、综合代码示例

#include <iostream>
#include <string>

// 全局变量（慎用）
constexpr int MAX_USERS = 1000; 

void processData() {
    static int callCount = 0; // 静态局部变量
    int tempData{42};        // 局部变量（推荐统一初始化）
    
    std::cout << "Call count: " << ++callCount 
              << "\nTemp data: " << tempData << "\n";
}

int main() {
    // 列表初始化防止窄化转换
    double precision{3.1415926};
    
    // 作用域演示
    {
        std::string userName{"Alice"}; // 局部作用域
        std::cout << "User: " << userName << "\n";
    } // userName在此销毁
    
    processData();
    processData(); // 显示静态变量保持状态
}