目录

  1. 存储类概述
  2. auto 存储类
  3. register 存储类
  4. static 存储类
  5. extern 存储类
  6. thread_local 存储类
  7. 参考资料

1. 存储类概述

在 C++ 中，存储类（Storage Class）用于指定变量或函数的存储类型、生命周期和作用域。它决定了变量如何存储、它的生命周期有多长、以及它的作用域范围。存储类不仅影响变量的内存分配，还影响它在程序中的可见性。

C++ 提供了五种主要的存储类：auto、register、static、extern、thread_local。

2. auto 存储类

auto 存储类在 C++11 之前用来表示变量的类型由编译器自动推导。如今，auto 主要用于简化类型声明，允许编译器根据初始化表达式自动推导变量的类型。

示例

auto x = 42;   // 编译器推导 x 为 int 类型
auto name = "Alice";  // 编译器推导 name 为 const char* 类型

⚠️ 注意：

  • auto 并不指定存储类型，它仅用于自动推导类型。
  • 适用于变量声明，编译器根据初始化表达式推导类型。

3. register 存储类

register 存储类提示编译器将变量存储在寄存器中，以便快速访问。它用于频繁使用的局部变量。虽然现代编译器通常会自动进行优化，但 register 关键字仍然可以作为优化提示。

示例

void example() {
    register int count = 0;  // 提示编译器使用寄存器存储变量
    while (count < 100) {
        count++;
    }
}

⚠️ 注意：

  • register 存储类只适用于局部变量，不能用于指针类型。
  • 现代编译器通常会自动优化，register 关键字在某些情况下可能无效。
  • register 变量不能取地址，因此不能使用 & 运算符。

4. static 存储类

static 存储类用于声明静态变量和静态函数。静态变量具有全局生命周期，在程序的整个执行期间都会存在，但其作用域仅限于定义它的函数或文件。

4.1 静态局部变量

静态局部变量在函数调用结束后不会被销毁，而是保留其值，直到下一次函数调用时继续使用。

void counter() {
    static int count = 0;  // 静态局部变量，初始值为 0
    count++;
    std::cout << "Count is: " << count << std::endl;
}

int main() {
    counter();  // 输出 Count is: 1
    counter();  // 输出 Count is: 2
}

⚠️ 注意：

  • 静态局部变量在函数调用结束后仍然存在，其值保持不变。

4.2 静态全局变量

静态全局变量只能在声明它的文件中访问，无法在其他文件中引用。它的生命周期与程序的执行周期相同。

static int globalVar = 10;  // 静态全局变量，只能在当前文件中访问

5. extern 存储类

extern 存储类用于声明一个变量或函数在其他文件中定义。它告诉编译器变量或函数的定义存在于程序的其他地方，可以在当前文件中使用。

示例

// file1.cpp
extern int sharedVar;  // 声明外部变量

// file2.cpp
int sharedVar = 100;  // 定义外部变量

适用场景：

  • 用于跨文件共享全局变量或函数。

6. thread_local 存储类

thread_local 存储类用于声明线程局部变量，这意味着每个线程都会拥有自己独立的变量副本，而不同线程之间不会互相干扰。thread_local 适用于多线程编程中需要每个线程独立数据的情况。

示例

#include <iostream>
#include <thread>

thread_local int threadLocalVar = 0;

void increment() {
    threadLocalVar++;
    std::cout << "Thread ID: " << std::this_thread::get_id() << " Value: " << threadLocalVar << std::endl;
}

int main() {
    std::thread t1(increment);
    std::thread t2(increment);
    
    t1.join();
    t2.join();
    
    return 0;
}

适用场景：

  • 多线程编程中的每线程独立数据
  • 需要线程隔离的变量，例如线程安全的日志、计数器等

7. 参考资料

总结

存储类作用适用场景
auto自动推导变量类型简化类型声明，编译器自动推导类型
register将变量存储在寄存器中，增加访问速度对频繁使用的局部变量进行优化
static静态存储类，局部变量保持其值，且全局变量作用域受限局部静态变量保持值，静态全局变量作用域局限于文件
extern声明外部变量或函数跨文件共享全局变量或函数
thread_local线程局部存储，每个线程拥有自己的副本多线程编程中的独立线程数据

存储类是 C++ 中一个非常重要的概念，帮助程序员控制变量的生命周期、作用域和存储方式。通过合理使用不同的存储类，可以提高程序的性能、可维护性，并解决一些特定的应用场景。🚀