1 單獨(dú)編譯

程序分為三份

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1. 頭文件：結(jié)構(gòu)聲明和使用結(jié)構(gòu)的函數(shù)原型
2. 源代碼文件：包含與結(jié)構(gòu)相關(guān)的函數(shù)的代碼
3. 源代碼文件：包含調(diào)用與結(jié)構(gòu)相關(guān)的函數(shù)的代碼

不要#include源代碼文件，否則會多重聲明

1.1 頭文件 內(nèi)容

不要把函數(shù)定義或者變量聲明放到頭文件中

頭文件中通常包含：

1. 函數(shù)原型 prototypes
2. 使用#define或者const定義的符號常量
3. 結(jié)構(gòu)聲明
4. 類聲明 struct templates
5. 模板聲明
6. 內(nèi)聯(lián)函數(shù)

結(jié)構(gòu)聲明，類聲明，模板聲明可以放在頭文件中，因?yàn)樗鼈儾粍?chuàng)建變量，

而是指示編譯器生成和創(chuàng)建。

const數(shù)據(jù)和內(nèi)聯(lián)函數(shù)有特殊的鏈接屬性，所以可以放在頭文件中。

可以將成員放在名稱空間中

引用方式

尖括號：編譯器在存儲標(biāo)準(zhǔn)頭文件的主機(jī)系統(tǒng)的文件系統(tǒng)中查找

雙引號：首先查找當(dāng)前的工作目錄和源代碼目錄，如果沒找到，在標(biāo)準(zhǔn)位置找

同一個文件只能包含同一個頭文件一次，否則編譯錯誤

#ifndef COORDIN_H_
#define COORDIN_H_
//頭文件內(nèi)容
#endif

1.2 編譯流程

以UNIX執(zhí)行C為例

1. 預(yù)處理器合并源碼和包含的頭文件
2. 編譯器創(chuàng)建合并代碼的目標(biāo)代碼文件.o
3. 匯編
4. 鏈接程序?qū)⒛繕?biāo)代碼文件，庫代碼，啟動代碼合并，生成可執(zhí)行文件.out

1.3 名稱修飾

(71條消息) C+±-名字修飾_Emma-Zhang的博客-博客_c++名稱修飾

在C/C++中，一個程序要運(yùn)行起來，需要經(jīng)歷以下幾個階段：預(yù)處理、編譯、匯編、鏈接。

名字修飾（Name Mangling）是一種在編譯過程中，將函數(shù)、變量的名稱重新改編的機(jī)制，簡單來說就是編譯器為了區(qū)分各個函數(shù)，將函數(shù)通過一定算法，重新修飾為一個全局唯一的名稱。

兩個編譯器對同一個函數(shù)可能生成不同的修飾名稱，所以不同的名稱會使鏈接器無法將編譯器生成的函數(shù)調(diào)用與另一個編譯器生成的函數(shù)定義匹配。

因此在鏈接編譯模塊時，請確保所有對象文件或庫都是由同一個編譯器生成的。

2 存儲持續(xù)性，作用域，鏈接性

C++存儲方式是通過存儲持續(xù)性，作用域和鏈接性來描述的

2.1 存儲持續(xù)性

數(shù)據(jù)保存在內(nèi)存中的時間

1. 自動存儲持續(xù)性：兩種：函數(shù)定義中聲明的變量（包括函數(shù)參數(shù)）。
   1. 創(chuàng)建時機(jī)：開始執(zhí)行所屬函數(shù)或者代碼塊時
   2. 釋放：執(zhí)行完函數(shù)或者代碼塊
2. 靜態(tài)存儲持續(xù)性：三種：函數(shù)定義外定義的變量和static定義的變量。
   1. 在程序整個運(yùn)行過程中都存在
3. 線程存儲持續(xù)性(C++11)：用關(guān)鍵詞thread_local聲明的變量。
   1. 生命周期與所屬線程一樣長
4. 動態(tài)存儲持續(xù)性：new分配的內(nèi)存，存放在自由存儲區(qū)或堆中。
   1. new分配后到delete將其釋放或者程序結(jié)束

2.2 作用域

作用域（scope）描述名稱在文件的多大范圍可見。

局部

作用域?yàn)榫植恐辉诙x的代碼塊可用。

全局

作用域?yàn)槿郑ㄒ步形募饔糜颍┑淖兞吭诙x位置到文件結(jié)尾都可用。

變量作用域

1. 自動變量的作用域?yàn)榫植?/li>
2. 靜態(tài)變量的作用域是全局還是局部取決于它是如何被定義的
3. 函數(shù)原型作用域中使用的名稱只在包含參數(shù)列表的括號內(nèi)可用。
4. 類中聲明的成員的作用域?yàn)檎麄€類
5. 名稱空間中聲明的變量的作用域?yàn)檎麄€名稱空間（名稱空間已經(jīng)引入到了C++語言中，因此全局作用域是名稱空間作用域的特例）

函數(shù)作用域

作用域可以是類或者名稱空間（包括全局），但不能是局部的，不然只對自己可見。

2.3 鏈接性

鏈接性（linkage）描述了名稱如何在不同單元之間共享。

鏈接性為外部的名稱可以在文件間共享

鏈接性為內(nèi)部的名稱只能由一個文件中的函數(shù)共享

自動變量的名稱沒有鏈接性，因?yàn)樗鼈儾荒芄蚕怼?/p>3 變量的存儲方式

這里介紹引入名稱空間之前的情況

3.1 自動存儲持續(xù)性

函數(shù)中聲明的函數(shù)參數(shù)和變量：

存儲持續(xù)性：自動

作用域：局部，從聲明位置到代碼塊結(jié)束

鏈接性：無

分配內(nèi)存的時機(jī)：執(zhí)行到該代碼塊

同名自動變量

當(dāng)兩個同名的變量一個位于外部，一個位于內(nèi)部時，內(nèi)部的將被解釋為局部代碼塊變量，為新定義。新定義隱藏了以前的定義，內(nèi)部代碼塊中新定義可見，舊定義不可見。

auto關(guān)鍵字

C++11開始，auto用于自動類型推斷，但是在C中或者C++11之前，auto用于顯式地指出變量為自動存儲。

register關(guān)鍵字

寄存器變量：register關(guān)鍵字是由C語言引入的，建議編譯器使用CPU寄存器來存儲自動變量，旨在提高訪問變量的速度

在C++11以前，register表明變量用的很多，編譯器可以對其做特殊處理。

C++11后只限于指出變量是自動的

保留關(guān)鍵字的重要原因是避免使用了該關(guān)鍵字的現(xiàn)有代碼非法

3.2 靜態(tài)持續(xù)變量

靜態(tài)變量的數(shù)目在程序運(yùn)行期間不變，所以不需要用棧管理，只需要固定內(nèi)存分配，在程序執(zhí)行期間一直存在。

如果沒有初始化，編譯器將靜態(tài)變量設(shè)為0，稱為零初始化的（zero-initialized）

靜態(tài)存儲持續(xù)性變量有三種鏈接性：

1. 外部鏈接性：
   1. 必須在代碼塊的外面聲明
   2. 可以在其他文件中訪問
2. 內(nèi)部鏈接性：
   1. 必須在代碼塊的外面聲明，必須使用static限定符
   2. 只能在當(dāng)前文件中訪問
3. 無鏈接性：
   1. 必須在代碼塊中聲明，并使用static限定符
   2. 只能在當(dāng)前函數(shù)或代碼塊中訪問

int global=1000;		//外部鏈接性靜態(tài)變量
static int one_file=50;	//內(nèi)部鏈接性靜態(tài)變量
int main()
{...}
void func1()
{
	static int count =0;//無鏈接性靜態(tài)變量
}

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機(jī)制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-zuPN0hEO-1672942524360)(C:/Users/l/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20221230205803189.png)]

關(guān)鍵字重載

代碼塊內(nèi)static指存儲持續(xù)性，代碼塊外部static表示內(nèi)部鏈接性，這種關(guān)鍵詞含義取決于上下文的現(xiàn)象叫關(guān)鍵詞重載

靜態(tài)變量初始化

靜態(tài)變量都必須先零初始化，如果顯式初始化了，那就有兩種初始化方式

1. 常量表達(dá)式初始化（與零初始化統(tǒng)稱靜態(tài)初始化）
2. 動態(tài)初始化

要調(diào)用函數(shù)，必須等到函數(shù)被鏈接且程序執(zhí)行時，是動態(tài)初始化。

但是常量初始化可以使用sizeof()和C++11關(guān)鍵字constexpr，這增加了創(chuàng)建常量表達(dá)式的方式。

3.3 外部變量

外部鏈接性的靜態(tài)持續(xù)性的變量

鏈接性為外部的變量稱為**（常規(guī)）外部變量**，又稱為全局變量（相對于局部的自動變量），每個使用外部變量的文件必須聲明它。

單定義規(guī)則

C++有單定義規(guī)則：（one definition rule，ODR）變量只能有一次定義。

C++提供兩種變量聲明：

1. 定義聲明/定義：給變量分配存儲空間
2. 引用聲明/聲明：不給變量分配存儲空間，引用已有的變量，使用extern，且不能進(jìn)行初始化

要在多個文件使用外部變量，需要在其他文件用extern聲明。

定義與全局變量同名的局部變量后，局部變量將隱藏全局變量。

作用域解析運(yùn)算符

C++提供作用域解析運(yùn)算符::，放在變量名前，表示使用變量的全局版本

3.4 靜態(tài)外部變量

指內(nèi)部鏈接性的靜態(tài)持續(xù)性的變量

static限定符用于作用域?yàn)檎麄€文件的變量，該變量的鏈接性變?yōu)閮?nèi)部，稱為靜態(tài)外部變量

如果在文件中定義了一個靜態(tài)外部變量，與另一個文件的常規(guī)外部變量重名，則該文件中隱藏常規(guī)外部變量

用處：在同一個文件中的多個函數(shù)間共享數(shù)據(jù)

3.5 無鏈接的靜態(tài)變量

指無鏈接性的靜態(tài)持續(xù)性的變量

函數(shù)內(nèi)的靜態(tài)變量只在程序開始運(yùn)行時被設(shè)置為0，當(dāng)再次調(diào)用函數(shù)時不會再次初始化

[外鏈圖片轉(zhuǎn)存失敗,源站可能有防盜鏈機(jī)制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-TcGnLnFB-1672942524361)(C:/Users/l/AppData/Roaming/Typora/typora-user-images/image-20221231162728980.png)]

int a=1000;		//外部鏈接性靜態(tài)變量
static int b=50;	//內(nèi)部鏈接性靜態(tài)變量
extern int c=20;
int main()
{...}
void func1()
{
	static int g =0;//無鏈接性靜態(tài)變量
}

4 存儲說明符和cv-限定符

存儲說明符（storage class specifier）有

1. auto
2. register
3. static
4. extern
5. thread_local
6. mutable

cv-限定符（cv-qualifier）（cv取兩個單詞的首字母）有

1. const
2. volatile

static關(guān)鍵字

作用域?yàn)檎麄€文件時，表示內(nèi)部鏈接性；局部聲明中，表示存儲持續(xù)性。

1. 修飾局部變量時，使得該變量在靜態(tài)存儲區(qū)分配內(nèi)存;只能在首次函數(shù)調(diào)用中進(jìn)行首次初始化，之后的函數(shù)調(diào)用不再進(jìn)行初始化;其生命周期與程序相同，但其作用域?yàn)榫植孔饔糜颍⒉荒芤恢北辉L問;
2. 修飾全局變量時，使得該變量在靜態(tài)存儲區(qū)分配內(nèi)存;在聲明該變量的整個文件中都是可見的，而在文件外是不可見的;
3. 修飾函數(shù)時，在聲明該函數(shù)的整個文件中都是可見的，而在文件外是不可見的，從而可以在多人協(xié)作時避免同名的函數(shù)沖突;
4. 修飾成員變量時，所有的對象都只維持一份拷貝，可以實(shí)現(xiàn)不同對象間的數(shù)據(jù)共享;不需要實(shí)例化對象即可訪問;不能在類內(nèi)部初始化，一般在類外部初始化，并且初始化時不加static;
5. 修飾成員函數(shù)時，該函數(shù)不接受this指針，只能訪問類的靜態(tài)成員;不需要實(shí)例化對象即可訪問。

C++中static作用和使用方法

extern關(guān)鍵字

引用聲明，聲明引用在其他地方被定義的變量，見”外部變量“。

thread_local關(guān)鍵字

同一個聲明中不能使用多個說明符，除了thread_local，可以和static和extern結(jié)合使用

指出變量的持續(xù)性與其所屬線程的持續(xù)性相同，thread_local之于線程，猶如常規(guī)靜態(tài)變量之于整個程序。

const關(guān)鍵字

內(nèi)存被初始化后，程序不能對它進(jìn)行修改。

const char * const months[12]=
{
  "January","February",···  
};

第一個const防止字符串被修改，第二個const確保數(shù)組每個指針始終指向它最初指向的字符串。

const全局變量

C++中，const全局變量的鏈接性為內(nèi)部的，如同使用了static。這樣每個文件都有頭文件中定義的const變量但是不會因?yàn)閱味x規(guī)則而沖突。

如果希望定義在函數(shù)外部的const變量的鏈接性為外部的，需要用extern關(guān)鍵字來覆蓋。而且必須在所有使用變量的文件中用extern聲明。

不管如何，只有一個文件能初始化。

//使用const
//1.cpp
extern const int states=50;
//2.cpp
extern const int states;

//不使用const
//1.cpp
int states=50;
//2.cpp
extern int states;

代碼塊中的const

作用域?yàn)榇a塊

volatile關(guān)鍵字

volatile：不穩(wěn)定的

關(guān)鍵詞volatile表明：即使程序代碼沒有對內(nèi)存單元進(jìn)行修改，值也可能變化。

使用場景：

1. 指針指向硬件，取的值為串行端口的信息，硬件可能對其進(jìn)行修改
2. 兩個程序可能相互影響共享數(shù)據(jù)
3. 防止編譯器錯誤優(yōu)化：如果程序短期多次使用某個變量，編譯器可能不會查找兩次，而是把值存在寄存器，加上volatile則編譯器不會進(jìn)行這種優(yōu)化

mutable關(guān)鍵字

mutable：會變的，可變的

關(guān)鍵詞mutable指出：即使結(jié)構(gòu)/類為const，某個成員也可以被修改

struct data
{
    char name[30];
    mutable int accesses;
};
const data a ={"hi",0};
strcpy(a.name,"hello");	//不允許
a.accesses++;			//允許

5 其他鏈接性 5.1 函數(shù)的鏈接性 存儲持續(xù)性

C++和C都不允許在一個函數(shù)中定義另一個函數(shù)，因此所有函數(shù)的存儲持續(xù)性都自動為靜態(tài)的，在程序執(zhí)行期間一直存在。

默認(rèn)鏈接性

1. 默認(rèn)情況下，函數(shù)鏈接性為外部，可以在文件間共享
2. 可選：在函數(shù)原型中用extern，表示函數(shù)的定義在另一個文件
3. 要讓程序在另一個文件查找函數(shù)，另一個文件必須作為程序組成部分被編譯，或者是鏈接程序搜索的庫文件

靜態(tài)鏈接性

1. static可以將函數(shù)的鏈接性設(shè)為內(nèi)部，必須在原型和函數(shù)定義中使用該關(guān)鍵詞
2. 在定義靜態(tài)函數(shù)的文件中，靜態(tài)函數(shù)將覆蓋外部同名定義
3. 使用函數(shù)的文件都應(yīng)該包含函數(shù)原型，只有一個能包含函數(shù)定義，除了內(nèi)聯(lián)函數(shù)。所以內(nèi)聯(lián)函數(shù)的定義能放在頭文件。

---

如果定義了一個與庫函數(shù)同名的函數(shù)，編譯器將使用程序員定義的版本，而不是庫函數(shù)，但是C++保留了標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)的名稱。

5.2 語言鏈接性

C語言中一個名稱只對應(yīng)一個函數(shù)，C++同一個名稱可能對應(yīng)多個函數(shù)，必須翻譯為不同的符號名稱，因此通過C++語言鏈接來實(shí)現(xiàn)。

C++語言鏈接：為函數(shù)名稱翻譯成不同的符號名稱，執(zhí)行名稱矯正或者名稱修飾。

涉及鏈接程序?qū)瘮?shù)的處理。見書262

6 動態(tài)內(nèi)存

動態(tài)內(nèi)存由new和delete控制，而不是由作用域和鏈接性規(guī)則控制。可以在一個函數(shù)中分配，另一個函數(shù)中釋放。

存儲方案不適用于動態(tài)內(nèi)存，但適用于用來跟蹤動態(tài)內(nèi)存的自動和靜態(tài)指針變量。

float * p_fees =new float [20];

由new分配的動態(tài)內(nèi)存會一直保留，但是聲明的語句塊執(zhí)行完后，指針將消失，所以必須在代碼結(jié)束后返回地址，不然無法使用該內(nèi)存。

6.1 分配內(nèi)存

int *pi=new int (6);
double *pd=new double (99.99);

//列表初始化
struct where {double x;double y;double z;};
where *one =new where {2.5,5.3,7.2}//C++11 對結(jié)構(gòu) 列表初始化

int * ar =new int [4] {2,4,6,7};//C++11 對數(shù)組 列表初始化
double *pd =new double {99.99};//C++11 對單值變量 列表初始化

分配函數(shù) new()

void * operator new(std::size_t);

void * operator new[] (std::size_t);

使用運(yùn)算符重載。size_t是個typedef，對應(yīng)合適的整型

int * pi=new int;被轉(zhuǎn)化為int * pi=new(sizeof(int))

分配函數(shù)和釋放函數(shù)是可替換的，可以為new和delete提供替換函數(shù)

分配失敗

最初返回空指針，現(xiàn)在引發(fā)異常std::bad_alloc

6.2 內(nèi)存釋放

程序結(jié)束后，new分配的內(nèi)存通常將被釋放，但請求大型內(nèi)存塊將導(dǎo)致代碼塊在程序結(jié)束不會被自動釋放

這時需要delete

釋放函數(shù)delete()

void operator delete(void *);

void operator delete[](void *);

6.3 定位new運(yùn)算符

具體參考書P264

new運(yùn)算符處理在堆中找內(nèi)存塊還有一種變體，讓程序員可以指定要使用的位置，這樣可以處理通過特定地址進(jìn)行訪問的硬件或者在特定位置創(chuàng)建對象。

與常規(guī)new的區(qū)別

常規(guī)new調(diào)用一個接受一個參數(shù)的new()函數(shù)，而定位new調(diào)用的接受兩個參數(shù)

頭函數(shù)：#include

使用定位new，變量后面可以有方括號也可以沒有

可以用于結(jié)構(gòu)和對象等

用法

可以用靜態(tài)數(shù)組為定位new提供內(nèi)存空間

char buffer[500];
int main(){
    int *p;
    p=new (buffer) int[20];
}
   

工作原理

默認(rèn)定位new函數(shù)：返回傳遞給定位new運(yùn)算符的地址，并強(qiáng)制轉(zhuǎn)化為void *，這樣可以賦給任何指針類型

C++允許重載定位new函數(shù)，但定位new是不可替換的

7 名稱空間

為了防止兩個庫的名稱沖突，需要用名稱空間控制名稱的作用域

7.1 傳統(tǒng)的名稱空間 聲明區(qū)域|潛在作用域|作用域

聲明區(qū)域：可以在其中進(jìn)行聲明的區(qū)域

潛在作用域：變量的潛在作用域從聲明點(diǎn)開始，到其聲明區(qū)域的結(jié)尾，潛在作用域比聲明區(qū)域小

作用域：變量對程序可見的范圍被稱為作用域

7.2 名稱空間

命名的名稱空間

特征

1. 名稱空間可以是全局的，也可以位于另一個名稱空間中，但不能位于代碼塊中
2. 名稱空間中，聲明的名稱的鏈接性默認(rèn)為外部
3. 任何名稱空間中的名稱都不會與其他名稱空間中的名稱發(fā)生沖突
4. 名稱空間是開放的，可以把名稱加入到已有的名稱空間中，可以將函數(shù)原型和定義分在兩個名稱空間中寫

用作用域解析運(yùn)算符來使用名稱空間來限定名稱，未被修飾的叫未限定的名稱，包含名稱空間的名稱叫限定的名稱

7.3 using聲明

using聲明由被限定的名稱和前面的關(guān)鍵字using組成

using聲明會把特定的名稱添加到所屬的聲明區(qū)域內(nèi)

在函數(shù)中添加到局部聲明區(qū)域，覆蓋同名的全局變量；在函數(shù)外添加到全局名稱空間中

using聲明對于函數(shù)如果只給出了

namespace Jill
{
    double fetch;
}
char fetch;
int main()
{
    using Jill::fetch;
    //double fetch;		//錯的，已經(jīng)定義了fetch
    cin>>fetch;			//讀取Jill::fetch
    cin>>::fetch;		//讀取全局的fetch
}

7.4 using 編譯指令

using聲明使得一個名稱可用，而using編譯指令使得所有的名稱都可用

using編譯指令由名稱空間名和using namespace組成

全局聲明區(qū)域內(nèi)使用using namespace，使得名稱空間的全部名稱全局可用

函數(shù)中使用using編譯指令，則函數(shù)中可用

函數(shù)重載與using

C++using聲明和using指示_蓮?fù)薜牟┛?博客_using

兩者比較

同：using編譯指令和using聲明存在可能的二義性，比如兩個名稱空間都定義了同樣的名稱，這時候編譯器不允許同時使用這兩個using聲明

---

異：using聲明與聲明類似，如果函數(shù)中已經(jīng)聲明，則不能用其導(dǎo)入相同的名稱

using編譯指令類似于作用域解析運(yùn)算符，讓函數(shù)內(nèi)部將其視為函數(shù)之外聲明的。即如果已經(jīng)有局部聲明，則名稱空間名被隱藏，但是仍然可以通過::變量名取得全局的對應(yīng)變量，名稱空間::變量名取得名稱空間的對應(yīng)變量

一般認(rèn)為using聲明更加安全，因?yàn)榫幾g指令如果重名，編譯器不會警告，而且使用名稱空間的變量也沒有明確特征和說明

using namespace std;	//減少這么使用

int x;					//用法1
std::cin>>x;

using std::cin;			//用法2
int x;
cin>>x;

名稱空間的嵌套

對于：

namespace elements
{
	namespace fire
	{
		int flame;
	}
}

使用：using namespace elements::fire

再例如：

namespace myth
{
	using Jill::fetch;	//Jill名稱空間內(nèi)的fetch變量
	using namespace elements;
}

直接使用：myth::fetch訪問即可

using編譯指令可傳遞，使用using namespace myth;相當(dāng)于同時還使用了using namespace elements;

名稱空間別名

namespace m=myth;
namespace MEF=myth::elements::fire;
using MEF::flame;

未命名的存儲空間

相等于鏈接性為內(nèi)部的靜態(tài)變量

namespace
{
	int counts
}
//等于
static int counts2;

int main()
{...}

8 C++的內(nèi)存分區(qū)

編譯器使用前三塊獨(dú)立內(nèi)存，程序在此基礎(chǔ)上還需要代碼區(qū)：

1. 靜態(tài)變量：全局區(qū)
2. 自動變量：棧區(qū)
3. 動態(tài)存儲：堆區(qū)
4. 代碼區(qū)：用來存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼

數(shù)據(jù)區(qū)包括：堆，棧，靜態(tài)存儲區(qū)。
靜態(tài)存儲區(qū)包括：常量區(qū)（靜態(tài)常量區(qū)），全局區(qū)（全局變量區(qū)）和靜態(tài)變量區(qū)（靜態(tài)區(qū)）。
常量區(qū)包括：字符串常量區(qū)和常變量區(qū)。
代碼區(qū)：存放程序編譯后的二進(jìn)制代碼，不可尋址區(qū)。

9 小結(jié)

對于大型編程項(xiàng)目的管理：

1. 盡量使用在已命名的名稱空間中聲明的變量，而不是使用外部/靜態(tài)全局變量
2. 類庫和函數(shù)庫都放在名稱空間中
3. 少用using編譯指令，并且不在頭文件中用
4. 選作用域解析運(yùn)算符和using聲明
5. 對于using聲明，將定義域盡量設(shè)置為局部而不是全局
6. 一句話：能用局部using聲明就別用別的

當(dāng)然，一個文件的程序不受此限制

10 留給讀者的問題

1. p273 為什么使用using聲明導(dǎo)入了debts對pers的編譯指令？

感謝看到這里，寫到凌晨兩點(diǎn)，麻煩點(diǎn)下贊謝謝

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