C++ 中的存储类（auto、register、extern、mutable）

2025 年 4 月 25 日 | 阅读 9 分钟

在 C++ 中，存储类是定义程序中变量（如 auto、register、static 等）的生命周期、作用域和存储位置的关键字。存储类指定了在 C++ 程序中如何为变量分配和释放内存。

语法

它具有以下语法：

在此语法中，storage_class 表示存储类，var_data_type 表示变量数据类型，var_name 表示变量名。

简单的 C++ 存储类示例

让我们看一个简单的示例来演示 C++ 中的存储类。

示例

include <iostream>
using namespace std;

void add() {
    int x, y;

    cout << "Enter the value of X: ";
    cin >> x;

    cout << "Enter the value of Y: ";
    cin >> y;

    auto sum = x + y; // auto storage class

    register int fastAccess = sum; // register storage class

    cout << "Addition result (auto + register): " << fastAccess << endl; //dislay the result
}

int main() //main function
{
    add(); //calling function
    return 0;
}

编译并运行

输出

Enter the value of X: 5
Enter the value of Y: 10
Addition result (auto + register): 15

C++ 中存储类的类型

C++ 中主要有六种存储类。

下表显示了生命周期、可见性和初始值。

存储类	关键字	生命周期	可见性	初始值
自动	auto	函数块	局部	垃圾值
寄存器	register	函数块	局部	垃圾值
静态	static	整个程序	局部	零
外部	extern	整个程序	全球	零
可变	可变的	Class	局部	垃圾值
线程局部	thread_local	Thread	局部

1. C++ 中的自动 (auto) 存储类

auto 存储类是局部变量的默认存储类。它主要用于为变量声明 auto 类。它使我们能够声明特定数据类型的变量，包括 int、double 和 char。它提供更快的内存访问、逻辑数据组织，并增强程序清晰度和效率。

C++ 自动存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中的自动存储类。

示例

#include <iostream>
#include <string> // using string header file
using namespace std; // using standard namespace

void autoStorage()
{
    auto w = 15; //declare and initialize int value
    auto x = 7.45;  //declare and initialize double value
    auto y = "Hello TpointTech"; //declare and initialize const char*
    auto z = 'T';     // declare and initialize char

    // printing the auto variables
    cout << w << " \n";
    cout << x << " \n";
    cout << y << " \n";
    cout << z << " \n";
}

int main() //main function
{
    autoStorage(); //using auto Storage Class
    return 0;
}

编译并运行

输出

15 
7.45 
Hello TpointTech 
T

说明

在此示例中，auto 存储类用于变量。auto 关键字不能用于显式声明 auto 变量。

2. C++ 中的寄存器 (register) 存储类

在 C++ 中，"register" 存储类主要用于指示编译器将变量存储在寄存器中。我们可以比局部或自动变量更快地访问寄存器变量，尽管它们具有相同的功能。寄存器存储类的默认值为 0。

(&) 运算符不能与寄存器变量一起使用。"register" 存储类的变量也具有自动存储持续时间。

C++ 寄存器存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中的寄存器存储类。

示例

#include <iostream>
using namespace std; //using standard namespace

void regisStorage() {
    register int count = 2; //Store variable in CPU register

    for (register int i = 0; i < 7; ++i) {
        count += i;
        cout << "i = " << i << ", count = " << count << endl;
    }
}

int main() //main function
{
    regisStorage(); //register storage class
    return 0;
}

编译并运行

输出

i = 0, count = 2
i = 1, count = 3
i = 2, count = 5
i = 3, count = 8
i = 4, count = 12
i = 5, count = 17
i = 6, count = 23

3. C++ 中的静态 (static) 存储类

在 C++ 中，静态存储类用于声明在整个程序持续时间内保持其值的变量。静态变量使用 static 关键字声明。我们可以多次声明静态变量，但变量值只能赋值一次。

局部变量在程序启动时创建，在程序终止时销毁。"static" 变量在块或函数内具有局部作用域，但它们的值在函数调用之间保持不变。它们通常存储在内存的单独数据段中。

C++ 静态存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中的静态存储类。

示例

#include <iostream>
using namespace std; //using standard namespace

void funct(); // Function declaration

static int counter = 8; // Global static variable

void funct() // Function definition
{ 
    static int x = 2; // Local static variable
    x++;
    cout << "x = " << x << ", Counter = " << counter << endl;
}

int main() //main function
{
    while (counter--) {
        funct();
    }
    return 0;
}

编译并运行

输出

x = 3, Counter = 7
x = 4, Counter = 6
x = 5, Counter = 5
x = 6, Counter = 4
x = 7, Counter = 3
x = 8, Counter = 2
x = 9, Counter = 1
x = 10, Counter = 0

4. C++ 中的外部 (extern) 存储类

在 C++ 中，extern 存储类用于提供全局变量的引用。它在函数外部声明。无论何时在 C++ 中声明外部变量，该变量都可以在整个程序中的任何代码行中使用。当多个 C++ 文件共享相同的全局变量和函数时，此 extern 修饰符非常有用。

C++ 外部存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中带有全局变量的 'extern' 存储类。

示例

#include <iostream>
using namespace std; //using standard namespace

int x = 0; //define the extern variable 'x'

extern int x; // Declaring the extern variable

void externStorageClass() {
    cout << "Enter the Value of x: ";
    cin >> x;

    cout << "Value of the variable 'x', declared as extern: " << x << "\n"; //access the extern variable

    cout << "Modified value of the variable 'x', declared as extern: " << x << "\n"; //print the modified value of extern variable
}

int main() //Main function
{
    // Example of extern Storage Class
    externStorageClass();
    return 0;
}  

编译并运行

输出

Enter the Value of x: 7
Value of the variable 'x', declared as extern: 7
Modified value of the variable 'x', declared as extern: 7

5. C++ 中的可变 (mutable) 存储类

在 C++ 中，mutable 存储类用于通过常量 (const) 函数更改类的一个或多个数据成员。它可以通过mutable 关键字轻松声明，该关键字主要用于使对象的特定数据成员成为修饰符。'mutable' 关键字允许修改 const 对象的某个数据成员，即使在 const 成员函数内部也是如此。

C++ 可变存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中的可变存储类。

示例

#include <iostream>  
using namespace std; //using standard namespace
  
class MutableStorage {  
public:  
    int x; //integer value
    mutable int y;  //mutable variable
  
    MutableStorage() {  
        x = 24;  
        y = 15;  
    }  
};  
  
int main() //Main function
{  
    const MutableStorage t1;  
    cout <<"Before modifying the value of y: " <<t1.y <<endl;
    t1.y = 50; // Mutable member can be modified in a const object  
    cout << "After modifying the value of y: " <<t1.y; //display output
    return 0;  
}

编译并运行

输出

Before modifying the value of y: 15
After modifying the value of y: 50

6. C++ 中的线程局部 (thread_local) 存储类

在 C++ 中，thread_local 存储类是 C++11 中引入的新存储类。它可用于将对象定义为 thread_local。thread_local 对象属性在其变量与多个存储说明符（如 extern 和 static）组合时进行修改。

C++ 线程局部存储类示例

让我们看一个示例来演示 C++ 中的 thread_local 存储类。

示例

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std; //using standard namespace

thread_local int x = 0; //Declaring thread local variable

void Thread_localTest() {
    
    x = 40; //the variable value
     

    cout << "Before modifying the value of x inside the Thread_localTest() function: " << x << " " << &x << endl; //print the address to its instance
}

int main() //main function
{
    
    x = 25; // modifying the variables value.
    
    cout << "After modifying the value of x inside the Main() function: " << x << " " << &x << endl; //display the address to val
    
    thread t1(Thread_localTest); //Creates a different instance of val
    t1.join();
    
    cout << "The value of x inside the Main() function: " << x << " " << &x << endl; //display the address to val

    return 0;
}

编译并运行

输出

After modifying the value of x inside the Main() function: 25 0x771e4eece73c
Before modifying the value of x inside the Thread_localTest() function: 40 0x771e4ee006bc
The value of x inside the Main() function: 25 0x771e4eece73c

C++ 中为什么要使用存储类？

在 C++ 中，存储类用于控制变量在内存中的保存方式、它们的生命周期以及它们在程序中的访问位置。C++ 对于管理内存资源、提高效率和确保变量作用域和生命周期至关重要。以下是使用 C++ 中存储类的一些主要原因：

内存管理：不同的存储类允许程序员以各种方式为变量分配内存。例如，"auto" 变量通常在栈上分配，具有自动内存管理，而 "static" 变量则在单独的数据段中分配，具有静态内存管理。
生命周期控制：存储类决定变量的生命周期。"Auto" 变量的作用域有限，当它们超出作用域时会自动销毁。"Static" 变量在函数调用之间持续存在，在程序执行期间保留其值。
性能优化："register" 存储类允许程序员向编译器建议将变量存储在 CPU 寄存器中，这可以实现更快的访问。"register" 关键字有助于提高代码关键部分的性能。
变量共享：一些存储类允许全局变量在不同的翻译单元之间共享。这对于创建可以在程序多个部分访问的全局变量非常有用，从而促进代码库不同部分之间的通信。
代码组织：正确使用存储类有助于构建良好、组织有序的代码。通过为每个变量选择适当的存储类，程序员可以指示变量的预期作用域、可见性和生命周期，从而使代码更易于理解和维护。

C++ 存储类多选题

1. 在 C++ 中，定义为 static 的变量的默认初始值是什么？

1
0
依赖于编译器
随机垃圾值

答案： b) 0

2. 当在 C++ 程序中声明寄存器变量时，它被分配在哪里？

在堆内存中
在栈内存中
在 CPU 寄存器中，以便更快访问
在数据段中

答案： c) 在 CPU 寄存器中，以便更快访问

3. 在哪个存储类中，const 关键字用于在 C++ 中声明变量？

Auto 存储类
Register 存储类
Extern 存储类
Static 存储类

答案： a) Auto 存储类

4. 下面程序的输出是什么？

#include <iostream>
#include <thread>
using namespace std; //using standard namespace

int main()
{
    register int x;
    for (x = 1; x < 3; x++) {
        cout<<"TpointTech Class: "<< x <<endl;
    }
    return 0;
}

TpointTech Class: 1
TpointTech Class: 1
TpointTech Class: 2
TpointTech Class: 1
TpointTech Class: 2
TpointTech Class: 3
以上都不是

答案： b) TpointTech Class: 1

TpointTech Class: 2

5. 以下哪个存储类是 C++ 中全局变量的默认存储类？

静态
寄存器
Auto
Extern

答案： d) Extern

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C++ 中的存储类（auto、register、extern、mutable）

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简单的 C++ 存储类示例

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C++ 中存储类的类型

1. C++ 中的自动 (auto) 存储类

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5. C++ 中的可变 (mutable) 存储类

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