1、基本概念

1.1、注釋

注釋在翻譯階段3會被替換為單個空白字符從程序中移除

1.2、名字與標識符

標識符是一個由數字、下劃線、大小寫字符組成的任意長度序列。有效的標識符首個字符必須是以A-Z、a-z、下劃線開頭，。有效的標識符其他字符可以是0-9、A-Z、a-z、下劃線。

標識符可以用來命名對象、引用、函數、枚舉項、類型、類成員、命名空間、模板、模板特化、形參包(C++11 起)、goto 標號，以及其他實體。

1.3、類型

C++類型系統由以下類型組成：

• 基礎類型
  • void
  • std::nullptr_t
  • 算數類型
    • bool
    • 字符類型：char、signed char、unsigned char、char16_t、char32_t、wchar_t
    • 有符號整數類型：signed char、short int、int、long int、long long int
    • 無符號整數類型：
    • 浮點數類型：float、double、long double
• 復合類型
  • 引用類型：
    • 左值引用類型
    • 右值引用類型
    • 指針類型
    • 指向成員的指針（成員指針）類型
    • 數組類型
    • 函數類型
    • 枚舉類型（有/無作用域）
    • 類類型（非聯合/聯合體類型）

標量類型：標量類型變量一次僅存儲一個值。算術類型、枚舉類型、指針類型、成員指針類型、std::nullptr_t都是標量類型

1.3.1、隱式生存期類型

隱式生存期類型是C++20引入的概念，無需顯式調用構造函數或使用new表達式，對象的生存期（lifetime）可以隱式開始。

普通生存期類型：

class Person {
public:Person(const std::string& name) : name_(name) {std::cout << "構造: " << name_.c_str() << std::endl;}~Person() {std::cout << "析構: " << name_.c_str() << std::endl;}std::string name_;
};int main()
{void *mem = malloc(sizeof(Person));// 未定義行為！必須先構造再使用// static_cast<Person*>(mem)->name_ = "Alice";Person* p = new (mem) Person("Alice");  // 調用構造函數p->~Person();  // 顯式調用析構函數std::free(mem);  // 釋放內存
}

隱式生存期類型：

struct Point {int x;int y;
};int main()
{void* memory = std::malloc(sizeof(Point));  // 分配內存// 可以直接使用，無需構造！Point* p = static_cast<Point*>(memory);p->x = 10;  // 合法：內存已被視為Point對象p->y = 20;free(memory); // 釋放內存（自動析構，無需顯式調用析構函數）
}

隱式生存期類型允許：直接操作未構造的內存，無需顯式銷毀對象，可直接覆蓋內存。優點是預先分配大塊內存（內存池），按需創建對象。避免頻繁調用構造 / 析構函數，提升內存操作效率。

隱式生存期類型：

• 標量類型
• 結構體 / 類需滿足：無用戶定義的構造函數、析構函數。所有成員和基類都是隱式生存期類型。

1.3.2、靜態類型

靜態類型（Static Typing）是一種編程語言特性，它要求在編譯時明確每個變量、表達式和函數的類型。

1.3.3、動態類型

動態類型（Dynamic Typing）是一個相對概念，主要指程序在運行時確定對象的實際類型，而非編譯時。C++ 作為靜態類型語言，其核心類型系統是靜態的（編譯時確定類型），有以下幾個機制提供了有限的動態類型特性：

• 多態：基類指針指向派生類對象
• RTTI（運行時類型信息）

1.4、對象

1.4.1、對齊

每個對象類型都具有被稱為對齊要求的性質，它是一個非負整數（類型是 std::size_t，總是 2 的冪），可以使用alignof和std::alignment_of查詢類型的對齊要求，也可以使用alignas要求對齊數。

class Person {
public:Person(const std::string& name) : name_(name) {}
private:std::string name_;
};int main()
{cout << alignof(Person) << endl;cout << std::alignment_of<Person>::value << endl;
}

1.4.2、聲明點

聲明點（Point of Declaration）是一個編譯期概念，它指定了標識符（如變量、函數、類等）在代碼中正式生效的位置。

• 對于變量和函數參數：聲明點位于標識符名稱之后，初始化表達式（如果有）之前

#include <iostream>int main(int argc, char **argv) {int x = 1;const int y = 2;{int x = x;      // 內部x的作用域在初始化器之前就開始了，所以內部x不能被外部x的值初始化std::cout << "x = " << x << std::endl;int y[y] = {};    // 內部y的作用域在y[y]之后，所以內部的y是一個包含2個int的數組}return 0;
}

• 類和類模板，枚舉的聲明點位于該標識符之后：

struct S : public A{ // S 的作用域從冒號開始}enum E : int // E 的作用域從冒號開始，因此內部可以使用枚舉類型E
{A = sizeof(E)
};

• 類型別名或別名模板聲明的聲明點緊隨該別名代表的類型標識之后

using T = int; // 外部 T 的作用域從分號開始
{using T = T*; // 內部 T 的作用域從分號開始，// 但分號前還在外部 T 的作用域中，// 因此等同于 T = int*
}

• 對于函數：聲明點位于函數名稱之后，形參列表之前

void func(int x) {  // func的聲明點在此處// 函數體中可使用func（如遞歸調用）
}

1.4.3、生存期

對象的生存期（Lifetime） 是指對象從創建（存儲被分配且初始化完成）到銷毀（存儲被釋放或重用）的時間段。理解對象生存期對于避免內存泄漏、懸空指針和資源管理至關重要。

生存期：當對象獲取存儲并初始化完成后生存期開始。對象的生存期在以下幾個時刻結束：

• 非類類型：銷毀該對象時
• 類類型：析構函數調用開始時
• 對象占據的存儲被釋放，或者被其他對象重用

#include <iostream>class A {
public:A() {a = 10;}~A(){}void print() {std::cout << "A: a = "<< a << std::endl;}int a;
};class B {
public:int c;B() {c = 1;}
};void func() {A a;a.~A();new (&a) B;a.print();
}int main(int argc, char **argv) {func();std::cout << "test" << std::endl;return 0;
}

在上述代碼func函數里，我們手動調用了a的析構函數，對象a的生命周期結束了，該對象占用的存儲還在，但它已經不再是一個有效的對象，后續的print調用實際上時一個未定義的行為。

棧上的內存回收是由操作系統自動完成的，當對象的生命周期結束時，操作系統并不會立即將該對象所占用的內存標記為可用，而是等到整個棧幀（通常對應一個函數調用）結束時才會回收棧上的內存。因此，在對象的生命周期結束后，其所在的內存仍然存在，只是該內存已經不再屬于一個有效的對象。

所以析構函數調用后，我們還可以重用a的內存。

生存期分類：

• 自動生存期：局部變量（非static），從定義處開始，到離開作用域時結束。
• 靜態生存期：全局變量、static局部變量、static成員，從程序啟動開始，到程序結束結束。
• 動態生存期：通過new/new[]分配的對象，從new成功開始，到delete/delete[]結束。
• 線程局部生存期：thread_local變量，與線程綁定（線程啟動時開始，線程結束時結束）。

訪問生存期外的對象 或者 重用存儲前未結束生存期會導致未定義行為（UB）。

int* p = new int(10);
delete p;
*p = 20; // UB：p指向的對象已銷毀struct S { ~S() {} };
S* s = new S;
new (s) S; // UB：原S的生存期未顯式結束（需先調用析構）

1.5、聲明與定義

聲明（Declaration） 和 定義（Definition） 是兩個核心概念，它們的區別直接影響代碼的編譯和鏈接過程。

1.5.1、聲明

聲明的主要作用是向編譯器介紹某個標識符（如變量、函數、類等）的存在，告知編譯器該標識符的名稱、類型和一些基本屬性，但并不為其分配內存或實現具體的功能。

聲明的用途是解決編譯時的符號引用。

以下情況是聲明

• 變量聲明：用extern關鍵字且不帶初始化器

extern const int a;

• 類定義中的非 inline(C++17 起) 靜態數據成員的聲明

struct S
{int n;               // 定義 S::nstatic int i;        // 聲明 S::iinline static int x; // 定義 S::x
};                       // 定義 S
int S::i;                // 定義 S::i

• 函數聲明：僅提供簽名

void foo(int a);

• 類/類型聲明：

class MyClass;
enum Color : int;

• typedef 聲明，using 聲明

typedef S S2;   // 聲明但不定義 S2（S 可以是不完整類型）
using S2 = S;   // 聲明但不定義 S2（S 可以是不完整類型）
using N::d;     // 聲明，引入一個已存在的名稱，所以N::d必須已經被聲明

重要：聲明可多次重復（同一作用域內允許多次聲明），但是聲明必須完全一致

extern int x;     // 聲明1
extern double x;  // 錯誤：類型不一致

函數聲明可能分散在多個頭文件中，最終在源文件中定義

// utils.h
void helper();// math.h
void helper(); // 重復聲明（合法）// utils.cpp
void helper() {} // 唯一定義

1.5.2、定義

定義是為標識符分配存儲空間或提供完整實現。每個標識符必須有且僅有一個定義（One Definition Rule, ODR）。

定義的用途是解決鏈接時的具體實現。

• 變量定義：

int x = 42; // 定義并初始化x（分配內存）

• 函數定義

void foo(int a) { // 函數定義std::cout << a;
}

• 類定義：完整描述成員和方法。

class MyClass {
public:void method() {}
};