cpp 中全局变量和 static 变量初始化问题

一、初始化时机

• 全局变量、文件域中的静态变量、类中的成员静态变量在 main 函数执行前初始化
• 局部变量中的静态变量在第一次调用时初始化

局部静态变量，C 和 C++ 的区别：

c++内存模型

多核时代，程序员们为了系统运行效率做了很多事情。并发、多线程是其中绕不开的一个话题，有了多线程，随之而来的就是线程之间的同步，临界区的出现，然后就是锁的使用。程序员随之发现锁的开销较大，于是有了缩短临界区话题，尽可能的让临界区变得更小一点。但是总归临界区的缩小是有限度的，也就是有天花板的。因此我们开始探索原子操作，无锁化编程。于是为了功能正常的情况下，还要保证良好的效率，本文探讨原子操作的背后，内存的组织形式，编译器、cpu 的执行顺序，语言为 c++ 语言。

一、内存模型的由来

c++11 标准提出了内存模型，而在 c++11 之前，c++ 本身没有多线程的概念，c++ 使用者使用的是操作系统为我们提供的多线程、原子操作。那时的编译器和处理器认为系统中只有一个执行流。但在多线程之后，编码变难了，开发者编写的代码和最终运行的代码之间往往存在较大的差异，而运行的结果与开发者预期的一致，只是表现而已。

那么产生差异的原因主要来自于如下三个方面：

• 编译器的优化

一、默认的构造函数

比如一段代码

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class Foo {
public:
		int val;
		Foo* p_next;
};

首先明确默认构造函数是程序需要？还是编译器需要？

使用一个对象的内容作为另一个类对象的初值，有三种情况：

• 对一个对象做显式的初始化

  1 2	class X { ... }; X xx = x;

本文测试代码的环境为：x86-64，ubuntu22.04，gcc7.5.0

一、缘起

先使用一段代码引入本文所要探讨的主题。

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class X {};
class Y : public virtual X {};
class Z : public virtual X {};
class A : public Y, public Z {};

int main() {
    std::cout << "sizeof X: " << sizeof(X) << std::endl;
    std::cout << "sizeof Y: " << sizeof(Y) << std::endl;
    std::cout << "sizeof Z: " << sizeof(Z) << std::endl;
    std::cout << "sizeof A: " << sizeof(A) << std::endl;

    X x1, x2;
    std::cout << &x1 << " " << &x2 << std::endl;

    Y y1, y2;
    std::cout << &y1 << " " << &y2 << std::endl;

    Z z1, z2;
    std::cout << &z1 << " " << &z2 << std::endl;

    A a1, a2;
    std::cout << &a1 << " " << &a2 << std::endl;
    return 0;
}

# g++ main.cpp -g -o main
# ./main
sizeof X: 1
sizeof Y: 8
sizeof Z: 8
sizeof A: 16
0x7fffb23046fe 0x7fffb23046ff
0x7fffb2304700 0x7fffb2304708
0x7fffb2304710 0x7fffb2304718
0x7fffb2304720 0x7fffb2304730

如上的代码也是虚继承解决菱形继承中命名冲突和冗数据的问题。虚继承的目的是让某个类做出声明，承诺愿意共享他的基类。这个被共享的基类就称为虚基类。

关于对象

C++ 在布局以及存取时间上主要的额外负担是有 virtual 引起的。包括：

• virtual function 机制，用以支持一个有效率的“执行期绑定”
• virtual base class 机制，用以实现“多次出现在继承体系中的 base class，有一个单一而被共享的实例”

一、数据交换格式

1. JSON

json 格式方便易用，性能一般。纯文本，容易阅读，方便编辑，适用性最广

推荐库实现：https://github.com/nlohmann/json。功能完善、使用方便

2. MessagePack

二进制格式。性能比 JSON 好。比如 redis 就使用它。小巧高效，在开源界接受程度比较高

官网：https://msgpack.org/

3. protobuf

二进制数据格式，工业级产品。是工业级的数据格式，注重安全和性能，多用在大公司的商业产品里

一、关键字 auto / decltype / const / volatile / mutable

• 自动类型推导：auto 和 decltype。“自动类型推导”是给编译器下的指令，让编译器去计算表达式的类型。

• const 与 volatile，如下代码

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  // 需要加上volatile修饰，运行时才能看到效果 const volatile int MAX_LEN = 1024; auto ptr = (int*)(&MAX_LEN); *ptr = 2048; cout << MAX_LEN << endl; // 输出2048

一、cpp 的五种编程范式

• 面向过程
• 面向对象
• 泛型编程
• 模板元编程