C++第3课：变量作用域

在C++中，变量的作用域（Scope）指的是变量在程序中可以被访问的区域或范围。作用域决定了变量的生命周期和可见性。C++中变量作用域的常见类型包括局部作用域、全局作用域、类作用域、命名空间作用域、块作用域、函数参数作用域。

局部作用域

局部作用域（Local Scope）指的是变量或对象在代码块（通常由大括号 {} 包围）内部定义的可见范围。具有局部作用域的变量称为局部变量。

定义位置‌

局部变量在函数体内、循环内或任意 {} 块内声明，例如：

void func() {
int x = 10; // 局部变量x的作用域开始
if (true) {
int y = 20; // 局部变量y的作用域仅限于此if块
} // y的作用域结束
} // x的作用域结束

生命周期

变量从声明处开始存在，到所在块结束时被销毁。例如，函数执行完毕后，其局部变量会被自动释放。
‌隐藏规则
内层作用域可以定义与外层同名的变量，此时外层变量会被暂时隐藏：

int a = 1;
{
int a = 2; // 隐藏外层的a
cout << a; // 输出2
} // 内层a失效
cout << a; // 输出1

注意：局部变量未初始化时值为随机数（内置类型），需要对变量显式初始化。

全局作用域

全局作用域（Global Scope）‌ 指的是在函数、类或命名空间外部声明的变量、函数或对象的可见范围。具有全局作用域的变量称为全局变量。

定义位置‌

全局变量在‌所有函数和类的外部‌声明，通常位于文件开头（非强制）：

#include <iostream>
int globalVar = 42; // 全局变量

void func() {
std::cout << globalVar; // 可访问
} // globalVar的作用域持续到文件结束

‌生命周期‌

‌从程序启动到结束‌一直存在，存储在静态存储区。与局部变量不同，全局变量默认初始化为零（如 int 初始化为 0，指针为 nullptr）。

‌作用域规则‌

‌文件内全局可见‌：同一文件中的函数均可直接访问。‌跨文件访问‌：需用 extern 关键字声明（避免重复定义）：

// File1.cpp
int globalVar = 100; // 定义

// File2.cpp
extern int globalVar; // 声明（非定义）
void foo() { std::cout << globalVar; }

类作用域

类作用域定义了类成员的可见性和访问规则。每个C++类都定义了自己的新作用域和唯一的类型，在类定义体内声明的成员名被引入该作用域。即使两个类具有完全相同的成员列表，它们也是不同的类型，各自拥有独立的作用域。

定义位置‌

类作用域从类定义的左大括号 { 开始，到右大括号 } 结束。所有在类体内声明的成员（数据成员、成员函数、嵌套类等）均属于类作用域。例如：

class MyClass { // 类作用域开始
public:
int publicVar; // 类作用域内的公有成员
void publicFunc(); // 类作用域内的公有函数
private:
int privateVar; // 类作用域内的私有成员
}; // 类作用域结束

‌生命周期‌

类作用域中的变量生命周期与其存储类型相关。类作用域中的变量可以分为以下几种类型，每种类型的生命周期不同：
（1）非静态成员变量
这些变量是每个类对象的成员，每个对象都有自己的一份拷贝。与对象的生命周期相同，当对象被创建时，成员变量被构造。当对象被销毁时，成员变量被析构。例如：

class ExampleClass {
public:
int memberVar; // 非静态成员变量

ExampleClass(int value) : memberVar(value) {} // 构造函数初始化
};

void exampleFunction() {
ExampleClass obj1(10); // obj1 的 memberVar 生命周期与 obj1 相同
{
ExampleClass obj2(20); // obj2 的 memberVar 生命周期与 obj2 相同
} // obj2 在此销毁，memberVar 也被销毁
} // obj1 在此销毁，memberVar 也被销毁

（2）静态成员变量
这些变量属于类本身，而不是某个对象，所有对象共享同一份静态成员变量。与程序的生命周期相同，在程序开始时初始化，在程序结束时销毁。例如：

class ExampleClass {
public:
static int staticVar; // 静态成员变量
};

int ExampleClass::staticVar = 0; // 静态成员变量定义和初始化

void exampleFunction() {
ExampleClass obj1;
ExampleClass obj2;

obj1.staticVar = 10; // 修改静态成员变量
obj2.staticVar = 20; // 所有对象共享同一份 staticVar

std::cout << ExampleClass::staticVar << std::endl; // 输出 20
}

（3）静态常量成员变量
这些变量是静态的，且为常量，通常在类内部初始化。与程序的生命周期相同，通常在编译时初始化。例如：

class ExampleClass {
public:
static const int staticConstVar = 100; // 静态常量成员变量
};

void exampleFunction() {
std::cout << ExampleClass::staticConstVar << std::endl; // 输出 100
}

（4）局部静态成员变量
这些变量在类的成员函数内定义，但使用 static 关键字。与程序的生命周期相同，但作用域在函数内部，第一次调用函数时初始化，之后保持其值直到程序结束。例如：

class ExampleClass {
public:
void exampleFunction() {
static int localStaticVar = 0; // 局部静态变量
localStaticVar++;
std::cout << localStaticVar << std::endl;
}
};

void test() {
ExampleClass obj;
obj.exampleFunction(); // 输出 1
obj.exampleFunction(); // 输出 2
}

 

‌作用域规则

类成员在类作用域内可直接访问，类外部需要通过对象、指针或作用域解析运算符进行访问，类作用域不受继承关系影响，派生类和基类拥有各自独立的作用域。类作用域通过三种访问权限进一步细分：
‌public作用域‌：公有成员构成类的外部接口，可在任何地方访问；
‌private作用域‌：私有成员仅限类内部访问，实现数据封装；
‌protected作用域‌：保护成员允许类内部和派生类访问，构成继承通道。

命名空间作用域

命名空间(namespace)是C++中用于组织代码、避免命名冲突的一种机制。
语法定义
namespace NamespaceName {
// 变量、函数、类等声明/定义
}

作用域

从namespace关键字开始到右大括号结束，内部成员默认具有命名空间作用域，外部可通过NamespaceName::member方式访问内部成员。

生命周期

命名空间内变量具有静态存储期，与全局变量生命周期相同。
使用方式
（1）显式访问‌

namespace Lib {
void func();
}

Lib::func(); // 完全限定名访问

（2）‌using声明‌
using Lib::func; // 引入单个名称
func(); // 可直接使用
（3）‌using指令‌
using namespace Lib; // 引入整个命名空间
func(); // 可直接使用

5.函数参数作用域

函数参数的作用域（Function Parameter Scope）是函数内部的一个特殊作用域，决定了参数的可见性和生命周期。
定义位置
函数参数的作用域从函数参数列表开始（即函数声明或定义的括号内），作用域持续到整个函数体结束（即函数体的右大括号）。例如：

void func(int param) { // param作用域开始
// 可以访问param
cout << "参数值: " << param << endl;

// int param = 5; // 错误：不能重新定义参数名

int local = param + 1; // 正确：可以使用参数
} // param作用域结束

int main() {
int x = 10;
func(x);
// cout << param; // 错误：param在此不可见
return 0;
}

生命周期
从函数被调用时开始（参数完成初始化），函数返回时销毁（栈帧释放），函数参数一般在栈上（除非是静态/全局参数）。
（1）按值传递
实参的独立副本，函数返回时销毁。例如：

void foo(int val) { // val的生命周期开始（拷贝构造）
// 使用val...
} // val的生命周期结束（析构）

（2）按引用传递
引用本身无独立生命周期，绑定对象的生命周期由外部决定。例如：

void bar(int &ref) { // ref的生命周期开始（绑定实参）
// 操作ref实际影响外部变量
} // ref的生命周期结束（引用本身不占存储）

（3）按指针传递
指针变量的生命周期与值传递类似，但指向的对象生命周期独立。例如：

void baz(int *ptr) { // ptr的生命周期开始
// 通过ptr操作目标对象
} // ptr的生命周期结束（指针本身销毁）

块作用域

块作用域是C++中‌最基础的作用域类型‌，用于限定变量、常量等标识符在代码块中的可见性和生命周期。
定义位置
‌块作用域‌由一对 {} 划定边界，包含以下典型场景：
‌函数体‌：函数内部的代码块；
‌控制结构‌：if/else、for、while、switch 等语句的代码块；
‌显式代码块‌：使用 {} 包裹的任意代码段。

{
int x = 10; // 作用域开始
cout << x; // 合法
} // 作用域结束，x被销毁

变量仅在其所属块内有效，退出块时自动销毁。
生命周期
从变量声明位置开始，到所在代码块的右大括号 } 结束。