文档介绍：第19章生存期、作用域与可见域
有时兴致勃勃地写完一大页的程序,编译链接却跳出了很多奇奇怪怪的错误,比如某某变量未定义,某某函数找不到,你可能在嘀咕,这个函数明明在这里啊,那不是某某变量么?是不是编译器有问题啊?读完本章你就会发现,编译器没有问题,是函数、变量的作用域、生存期与可见域在作怪。
可能涉及到的程序要素有:变量(普通类型的变量、结构体变量和共用体变量的统称),常量、函数以及结构体、共用体的定义等。
内存分配
变量名、函数名等都对应着内存中的一块区域,那这些实体在内存中是如何存放的呢,程序又是如何使用这些变量的,首先从C程序内存分配入手,一步步回答这些问题。
内存分区
一个由C编译的程序占用的内存大致分为以下几部分:
栈区(stack):由编译器自动分配释放,存放函数的参数值,局部变量的值等。
堆区(heap):一般由程序员分配释放(动态内存申请与释放),若程序员不释放,程序结束时可能由操作系统回收。
全局区(静态区)(static):全局变量和静态变量的存储是放在一块的,初始化的全局变量和静态变量在一块区域,未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域,该区域在程序结束后由操作系统释放。
常量区:字符串常量和其他常量的存储位置,程序结束后由操作系统释放。
程序代码区:存放函数体的二进制代码。
变量的存储类别
C语言中,变量的存储类别大致分为4种:auto(自动)、register(寄存器)、static(静态)和extern(外部)。其中,auto和register变量属于自动分配方式,而static和extern变量属于静态分配方式。不同分配方式下,变量的生存期、作用域和可见域各不相同。
按作用域分,变量可分为局部变量和全局变量,所谓局部变量,是指在函数内部定义的变量,局部变量仅在定义它的函数内才能有效使用,其作用域仅限在函数内,即从变量定义的位置开始,到函数体结束。通常,编译器不为局部变量分配内存单元,而是在程序运行中,当局部变量所在的函数被调用时,系统根据需要临时为其分配内存。当函数执行结束时,局部变量被撤销,占用内存被收回。
在函数外定义的变量称为全局变量,也称外部变量,全局变量的作用域较广,全局变量不属于任何一个函数,理论上可被其作用域中的所有函数访问,因此,提供了一个不同函数间联系的途径,使函数间的数据联系不只局限于参数传递和return语句。全局变量一经定义,编译器会为其分配固定的内存单元,在程序运行期间,这块内存单元始终有效,一直到程序执行完毕才由操作系统收回该块内存。
生存期
通俗地讲:生存期指的是在程序运行过程中,变量从创建到撤销的一段时间。生存期的长短取决于前面所讲的存储方式,对于自动分配(栈分配),变量与其所在的代码块共存亡;对于静态分配(编译器预分配),变量与程序共存亡,程序开始执行时即已存在,一致到程序运行完毕退出后才撤销;对于动态存储的内存块(注意:不是指向该内存块的指针),由程序员决定其生存期。
对程序代码区的函数、常量区的字符串常量和其他常量等、结构体和共用体的定义等来说,生存期的讨论没有意义,因为它们都是与程序共存亡的。
作用域与可见域
在程序代码中,变量有效的范围(源程序区域)称为作用域,能对变量、标识符进行合法的访问的范围(源程序区域)称为可见域,可以这样说,作用域是变量理论上有效的区域,而可见域是变量实际有效的区域,可见域是作用域的子集。
可以将C语言的作用域分为以下几类:
(1)块作用域
自动变量(auto、register)和内部静态变量(static)具有块作用域,在一个块内声明的变量,其作用域从声明点开始,到该块结束为止。函数定义中声明的形参,其作用域限定在该函数体内,与其他函数中声明的同名变量不是一回事,允许在不同的函数中使用相同的变量名,编译器将为这些变量分配不同的存储单元,不会混淆。
(2)文件作用域
外部静态变量(static)具有文件作用域,从声明点开始到文件末尾,此处所指的文件是编译基本单位—c文件。
(3)全局(程序)作用域
全局变量(extern)具有全局作用域,只要在使用前对其进行声明,便可在程序(由若干个文件组成)的任意位置使用全局变量。
auto变量
函数的形参及代码块中定义的变量都属于auto变量,这是C语言中应用最广的一种变量,这类变量是栈分配的,是动态分配存储空间的。举函数形参为例,当调用该函数时,为形参分配存储空间,当函数调用结束时,就自动释放这些存储空间。对代码块中定义的变量(包含函数中定义的变量),当执行到变量声明语句时,系统为这些auto变量分配空间,当程序流程离开代码块时,这些变量被自动撤销,其占用的内存空间被释放。