C++ Primer Notes(4): 变量初始化和作用域

这篇笔记是关于 C++ Primer 的 2.2 节 Variables 的记录和思考。

1. 变量是什么

变量是有名字的对象： variables are named objects.

那么什么是对象（object）？一块具有类型的内存，称为对象。

在这里插入图片描述
而没有名字的对象，则称为 unnamed objects，或者说“匿名对象”。

2. 定义变量

指定类型，指定变量名字，可选地给出初始化器。这就是变量定义。举例：

int sum = 0, value, units_sold = 0;
Sales_item item;
std::string book("0-201-78345-X");

3. 变量初始化

1）初始化指的是定义变量的时候，一并获得了指定的值。

2）最基本的初始化，是 Type name=value 的形式。
3）C++11 新增了列表初始化: Type name{value}, 推荐使用：
在这里插入图片描述
对于built-in 类型，这种初始化还能帮忙发现类型窄化（narrow）并报错编译错误：

4）当定义变量时没有指定初始化器，这就是“默认初始化”（default initialized）

对于built-in 类型，默认初始化指的是：
- 如果变量位于函数内，则没有初始化，取值是不确定的
- 如果变量位于函数外，则有初始化，取值是0
对于 class 类型，类的定义决定了使用这一类型定义变量时，是否需要指定初始化器。比如下面的 class A 就必须指定 initializer：

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看到这里我确实体会到，C++ Primer不适合入门：如果用户只有C语言经验，在不知道class的基本知识的情况下，是没法理解初始化器这里的说明的。所谓的 top-down 方式只不过是作者的一厢情愿罢了。

书上又特意强调一次：如果没有初始化，对于内置类型并且在函数内部那取值是不确定的，对于class类型的对象则取值取决于类的定义：
在这里插入图片描述

没初始化的变量导致运行时问题
如果变量没初始化，然后被用到，则容易导致难以排查的运行时错误；最佳实践是，对于 built-in 类型，始终初始化。

作者狡辩说，编译器不需要检查没初始化的变量。呵呵。一边在推荐，另一边毫无作为，真的矛盾：
malloc 或 new 的内存，如何初始化？
这是我自己想到的，书上这一节压根没提。在 OpenCV 中，cv::Mat() 的内部实现是调用了 fastMalloc() 函数，而 fastMalloc() 则是基于 malloc() 实现的，取值不确保是0.

这种做法在我看来是错误的，是不负责的，因为这把初始化的任务交给了用户，而用户并不都知道 cv::Mat() 的实现，一旦用户忘记初始化，得到的图像内容可能是有变化的，导致bug非常难排查。

正确做法应该是，申请图像像素内容时就做初始化，考虑用 new 替代 malloc。新的问题来了： new 的写法是怎样的？

#include <iostream>int main()
{int* data = new int[10 * 10]; // 结果不一定为0，是undefined行为//int* data = new int[10 * 10](); // 结果一定为0for (int i = 0; i < 10; i++){for (int j = 0; j < 10; j++){std::cout << data[i*10 + j] << ", ";}std::cout << std::endl;}delete[] data;return 0;
}

第一种写法， int* data = new int[10 * 10] 不一定产生全0结果，或者说，非常容易产生全0结果，但是不能总是保证是全0，它是编译器决定的。那么为了让编译器不给我们使绊子，我们祭出 Address Sanitizer 让它强制为别的值:

g++ -fsanitize=address -g test13.cpp -o test13

在这里插入图片描述
然后修改初始化写法为第二种：

int* data = new int[10 * 10]()

再次开启asan编译和运行，结果仍然是全0，说明是有效的初始化了的
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参考：从 -1094795586 到内存初始化

4. 变量声明

举例：

int i; // 声明，并且定义变量 i
extern int j; // 声明，但是不定义变量 j
extern double pi = 3.1416; // 这是定义. 并且不能放在函数里

关于声明（declaration）和定义（definition)的详细区别，cppreference 给出了详细说明：

https://en.cppreference.com/w/cpp/language/definition

5. 作用域(Scope)

定义在函数之外的变量，叫做全局变量，拥有全局作用域（global scope）。

定义在函数内的变量，显然，也是定义在 {} 内的变量，它的作用域叫做 block scope.

相对关系：根据 scope 的大小，区分为 inner scope 和 outer scope。

作用域的概念说完了，接着说建议：

用到变量的时候再定义它
其实是应用了 “最小需要原则”。对于不需要这个变量的地方，比如外层block，或者其他函数，则不需要让它们知道这个变量
避免shadowed variable
很遗憾，C/C++编译器默认不警告，更不报错。 -Werror=shadow 走起。

再说一些个人的补充思考：
书上提到的变量 scope 都是显示的，其实还有隐式的scope。啥意思呢？就是说，当确定了一个 block （一个 curly brace, { } ), 变量的 scope 仍然是可以进一步确定边界的。又或者说，需要考虑变量的生命周期。最需要考虑的有两个：

return 语句
throw 语句

return语句就是函数内最后执行的语句吗？

对于C++来说，并不是。看如下代码：

#include <iostream>class A
{
public:A(const char* a_name): name(a_name){fprintf(stderr, "%s begin\n", name.c_str());}~A(){fprintf(stderr, "%s end\n", name.c_str());}
private:std::string name;
};int main()
{fprintf(stderr, "hello\n");A a1("a1");A a2("a2");fprintf(stderr, "good bye\n");return 0;
}