記憶域クラス指定子

記憶域クラス指定子は名前の宣言の構文の decl-specifier-seq の一部です。 名前のスコープと共に、その名前の2つの独立した性質、記憶域期間とリンケージを制御します。

• static ー 静的またはスレッド記憶域期間および内部リンケージ。ただし、無名でない名前空間におけるクラスの静的メンバについては外部リンケージとなります。
• extern ー 静的またはスレッド記憶域期間および外部リンケージ。

• mutable ー 記憶域期間やリンケージには影響しません。 説明は const/volatile を参照してください。

ひとつの宣言に記憶域クラス指定子はひとつだけ現れることができます。 ただし thread_local は static または extern と組み合わせることができます。 (C++11以上)

[編集] 性質

[編集] 記憶域期間

プログラム内のすべてのオブジェクトは以下の記憶域期間のいずれかを持ちます。

• 自動記憶域期間。 オブジェクトのための記憶域は囲っているコードブロックの始まりで確保され終わりで解放されます。 すべてのローカルなオブジェクトは、 static、 extern または thread_local 宣言されたものを除いて、この記憶域期間を持ちます。

• 静的記憶域期間。 オブジェクトのための記憶域はプログラムの開始時に確保されプログラムの終了時に解放されます。 オブジェクトの実体は1つだけ存在します。 名前空間スコープ (グローバル名前空間を含みます) で宣言されたすべてのオブジェクト、および static または extern を用いて宣言されたオブジェクトは、この記憶域期間を持ちます。 この記憶域期間を持つオブジェクトの初期化の詳細については非ローカル変数および静的ローカル変数を参照してください。

• 動的記憶域期間。 オブジェクトのための記憶域は動的メモリ確保関数を使用することによって要求に応じて確保および解放されます。 この記憶域期間を持つオブジェクトの初期化の詳細については new 式を参照してください。

[編集] リンケージ

オブジェクト、参照、関数、型、テンプレート、名前空間、または値を表す名前は、リンケージを持つことがあります。 名前がリンケージを持つ場合、その名前は別のスコープ内の宣言によって導入された同じ名前と同じエンティティを参照します。 同じ名前を持つ変数、関数、または他のエンティティが複数のスコープで宣言されているけれども十分なリンケージを持たない場合は、そのエンティティの実体が複数生成されます。

以下のリンケージが認識されます。

[編集] リンケージなし

名前はそれが存在するスコープからのみ参照できます。

ブロックスコープで宣言される以下の名前はいずれもリンケージなしです。

• 明示的に extern 宣言されていない変数 (static 修飾子に関係なく)。
• ローカルクラスおよびそのメンバ関数。
• typedef、列挙、列挙子などの、ブロックスコープで宣言されるその他の名前。

[編集] 内部リンケージ

名前は現在の翻訳単位内のすべてのスコープから参照できます。

名前空間スコープで宣言される以下の名前はいずれも内部リンケージを持ちます。

• static 宣言された変数、変数テンプレート (C++14以上)、関数、関数テンプレート。
• extern 宣言されておらず、以前に外部リンケージを持つように宣言されていない、非 volatile、非テンプレート (C++14以上)、非インライン (C++17以上)な、エクスポートされていない (C++20以上)、 const 修飾された変数 (constexpr を含みます)。
• 無名共用体のデータメンバ。

[編集] 外部リンケージ

名前は他の翻訳単位内のスコープから参照できます。 外部リンケージを持つ変数および関数は言語リンケージも持ちます。 これは異なるプログラミング言語で書かれた翻訳単位のリンクを可能とします。

後述の例外を除いて、名前空間スコープで宣言される以下の名前はいずれも外部リンケージを持ちます。

• 上にない変数および関数 (つまり、 static 宣言されていない関数、 static 宣言されていない名前空間スコープの非 const な変数、および extern 宣言されたあらゆる変数)。
• 列挙。
• クラス、そのメンバ関数、静的データメンバ (const もそうでないものも)、ネストしたクラスおよび列挙、およびクラス本体内の friend 宣言を用いて最初に導入された関数の名前。
• 上にないすべてのテンプレートの名前 (つまり、 static 宣言された関数テンプレート以外のもの)。

ブロックスコープで最初に宣言された以下の名前はいずれも外部リンケージを持ちます。

• extern 宣言された変数の名前。
• 関数の名前。

[編集] 静的ローカル変数

static または thread_local (C++11以上) 指定子を使用してブロックスコープで宣言された変数は、静的またはスレッド (C++11以上)記憶域期間を持ちますが、制御がその宣言を最初に通過したときに初期化されます (その初期化がゼロ初期化または定数初期化の場合を除きます。 それらはブロックに最初に入る前に行うことができます)。 その後のすべての呼び出しにおいて、宣言はスキップされます。

初期化が例外を投げた場合、変数は初期化されたとみなされず、制御がその宣言を次回通過したときに再度初期化が試みられます。

変数を初期化中のブロックに初期化が再帰的に入った場合、動作は未定義です。

ブロックスコープの静的変数に対するデストラクタはプログラムの終了時に呼ばれますが、初期化が行われ成功した場合に限ります。

同じインライン関数 (暗黙のインラインを含みます) のすべての定義内の関数ローカルな静的オブジェクトはすべて、ひとつの翻訳単位内で定義された同じオブジェクトを参照します。

[編集] ノート

const であり extern でないトップレベル名前空間スコープ (C ではファイルスコープ) の名前は、 C では外部リンケージを持ちますが、 C++ では内部リンケージを持ちます。

C++11 以降、 auto は記憶域クラス指定子ではなくなりました。 auto は型推定を表すために使用されます。

異なるスコープから参照される内部または外部リンケージを持つ thread_local 変数の名前は、コードが同じスレッドで実行されるか別のスレッドで実行されるかによって、同じ実体または異なる実体を参照します。

extern キーワードは言語リンケージおよびテンプレートの明示的実体化の宣言を指定するために使用することもできますが、それらのケースではそれは記憶域クラス指定子ではありません (ただし言語リンケージ指定に宣言が直接含まれるときは除きます。 その場合、宣言は extern 指定子を含むかのように扱われます)。

キーワード mutable は、記憶域期間やリンケージに影響しませんが、 C++ の言語の文法上は、記憶域クラス指定子です。

記憶域クラス指定子は、 thread_local を除き、明示的特殊化および明示的実体化では使用できません。

template <class T> struct S {
    thread_local static int tlm;
};
template <> thread_local int S<float>::tlm = 0; // ここでは「static」は使用しません。

[編集] キーワード

auto, register, static, extern, thread_local, mutable

[編集] 例

#include <iostream>
#include <string>
#include <thread>
#include <mutex>
 
thread_local unsigned int rage = 1; 
std::mutex cout_mutex;
 
void increase_rage(const std::string& thread_name)
{
    ++rage; // ロックの外側で変更しても大丈夫です。 これはスレッドローカル変数です。
    std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex);
    std::cout << "Rage counter for " << thread_name << ": " << rage << '\n';
}
 
int main()
{
    std::thread a(increase_rage, "a"), b(increase_rage, "b");
 
    {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(cout_mutex);
        std::cout << "Rage counter for main: " << rage << '\n';
    }
 
    a.join();
    b.join();
}

Rage counter for a: 2
Rage counter for main: 1
Rage counter for b: 2

[編集] 欠陥報告

以下の動作変更欠陥報告は以前に発行された C++ 標準に遡って適用されました。

[編集] 関連項目