C语言 变量的作用域、生命周期与内存分配

目录

一、作用域

二、生命周期

三、作用域与生命周期的关系

四、内存分配

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一、作用域

作用域是变量可以被访问的区间，变量的作用域可以分为以下四种：

1.进程作用域(全局)：

在当前进程的任何一个位置都可以访问；

2.函数作用域：

当流程转移到函数后，在其开始和结束的花括号内可访问；

3.块作用域：

块是用花括号“{}”括起来的代码区域，定义在块中的变量具有块作用域。块作用域的可见范围是从定义处到包含该定义的块的末尾；

4.文件作用域：

在当前源码文件内可以被访问。

注：

局部变量的作用域为当前函数的“{}”之间，全局变量的作用域为当前的整个源文件或者工程。

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二、生命周期

生命周期就是从创建该变量开始到该变量被销毁的时间。

各变量的生命周期：

1.全局变量：

进程开始时创建，进程结束时销毁，在代码编译链接后，直接将其初始值写入到可执行文件中，创建时按照定义时的初始值进行赋值；

2.局部变量和参数变量：

进入函数时创建，退出函数时销毁；

3.静态变量(静态局部变量和静态全局变量)static

(1)静态局部变量：

在函数内使用static修饰一个变量，它的生命周期将同全局变量一样，作用域被限制在函数内。

特点是是其拥有记忆能力，不会在每次声明的时候都初始化一次，这个作用在用来实现计数功能的时候非常方便，例如：

void cnt(void)

{

    static int num = 0;

    num++;

}

函数中，变量num是静态局部变量，在第一次进入函数的时候被声明，然后执行自加操作，当第二次进入函数时，num不会被重新初始化变成0，而是保持1，再自增，其作用域仍然是cnt函数体内。

(2)静态全局变量：

生命周期和全局变量一样，但是作用域被限制在定义文件内，无法使用extern来让其他源文件中使用它。

静态全局变量的优势是增强了程序的安全性和健壮性，同时提高可移植性。如果对于一个变量而言，假设不期望其它文件有修改这个变量的能力，但其它文件又需要该变量的值，就可以在源文件中定义一个静态全局变量，同时使用函数对其的值进行修改和获取，对外只提供函数接口即可，其它文件通过函数接口间接使用该变量。

注：

(1) 静态全局变量只在本文件可见，因而其它文件也可以定义相同名字的静态局部变量。但不利于程序的可读性和可维护性，容易让开发变得混乱。

(2) static关键字除了用来修饰变量之外，还可以用来修饰函数，让函数仅在本文件可见，其它文件无法对其进行调用。

生命周期由变量在内存中的位置决定。存储位置不同，作用不同，生命周期不同。

注：变量同名问题

1.不同函数中的局部变量可以同名，互不影响；全局变量不能同名；

2. 当局部变量和全局变量同名时，局部变量将覆盖全局变量。

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三、作用域与生命周期的关系

二者其实并无本质上的联系

1.作用域是语法层面对变量是否可见的规定，可以理解为空间维度；

2.生命周期是二进制层面变量存在于内存中的时间，可以理解为时间维度。

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四、内存分配

在C语言中内存分别分为栈区(stack)、堆区(heap)、未初始化全局数据区、已初始化全局数据区、静态常量区(static)、代码区(data)。

1.栈(stack)：

存放函数形参和局部变量，函数结束返回时自动释放空间。先进后出，向地址减小方向增长(由高地址到低地址)。

栈的特点：

(1)运行时自动分配和自动回收：栈是自动管理的，程序员不需要手工干预。方便简单。

(2)反复使用性：栈内存在程序中其实就是那一块空间，程序反复使用这一块空间。

(3)遗留性：栈内存由于反复使用，每次使用后程序不会去清理，因此在使用栈时还是上次栈中遗留下的数值。

(4)临时性：函数不能返回栈变量的指针，因为这个空间是临时的。

(5)溢出性：因为操作系统事先给定了栈的大小，如果在函数中无穷尽的分配栈内存总能用完。

2.堆(heap)：

c语言中使用malloc、realloc、calloc等开辟的内存就在堆，从向地址增大方向增长(低地址向高地址)。由程序员手动分配释放的储存区，如果程序员不手动释放这块内存，内存将一直被占用，直到程序运行结束由系统自动收回。

3.全局区：

全局变量、静态变量 (static)(全局和局部静态变量)，以及字符串常量(不能随意修改)(const修饰的全局变量也储存在常量区，const修饰的局部变量依然在栈上)。

数据段（data段）、bss段

(1).data段（rw段）存：被初始化为非0的全局变量、被初始化为非0的static局部变量

(2).bss段（又叫ZI段(zero initial)）存：未被初始化或初始化为0的全局变量；未被初始化的static修饰的局部变量。

4.常量区：

编译时，以地址的形式编码于指令代码中。比如字符串常量、const修饰的全局变量。

代码段、rodata段（只读数据段）

(1)对应程序中的代码（函数），代码段又叫文本段（.text）

(2)rodata段用常常用于存储常量数据，rodata又被称为只读段，只读数据段在程序运行期间只能读不能写，比如const修饰的常量有可能就存储在rodata段。

 

几张助理解的示例图：