[計程] 變數的儲存週期
有一天在上劉邦鋒老師的計算機程式的時候，老師好像忽然轉向助教，
問到：「你們在助教課有講過 static 嗎？」當然，接下來的對話不
是本文的重點，我今天的重點擺在 static。或更進一步來說是
Storage Duration (儲存週期)。
其實在 C/C++ 語言中的變數有三種不同的 Storage Duration
(儲存週期)：
1. Static Storage Duration (靜態儲存週期)
2. Automatic Storage Duration (自動儲存週期)
3. Heap Storage Duration (堆積儲存週期)
我將分述如下。
1.
Static Storage Duration
在函式外的全域變數或在函式內但是刻意以 static 關鍵字修飾的變
數會是屬於 Static Storage Duration。他的生命週期(Lifetime)是
從程式開始執行的時候開始，程式結束之後才會被釋放。整個程式運
行時會佔用固定的記憶體空間。以下是若干 Static 變數的範例：
#include <stdlib.h>
int g_variable1; /* Static Storage Duration */
int g_variable2 = 5; /* Static Storage Duration */
int g_array[10]; /* Static Storage Duration */
int main()
{
static int local_static_variable; /* Static Storage Duration */
return EXIT_SUCCESS;
}
Static Storage Duration 的變數會有以下特性：
1. 如果宣告時有被初始化，其值會等於初始值。
2. 如果宣告時沒有被初始化，且其型別為算術型別(Arithmetic
Type)，其值會被初始化為零。
3. 如果宣告時沒有被初始化，且其型別為指標型別，其值會被初始
化為 NULL。
所以上面的 g_variable1 == 0, local_static_variable == 0,
g_variable2 == 5 。當然，即便是陣列也不例外 a[0] == 0,
a[1] == 0 ... a[9] == 0 。
2.
Automatic Storage Duration
在函式內部的變數、函式的引數如果沒有特別聲明，就是 Automatic
Storage Duration。變數的生命週期始於存放變數的視野(Scope)開
始處，止於視野的結束處。例如：
#include <stdlib.h>
int
main()
{
int variable1; /* Automatic Storage Duration */
int variable2 = 0; /* Automatic Storage Duration */
int array1[4]; /* Automatic Storage Duration */
int array2[4] = {1, 2, 3, 4}; /* Automatic Storage Duration */
int array3[4] = {1, 2}; /* Automatic Storage Duration */
{
int i; /* Automatic Storage Duration */
}
/* Now, "i" is dead */
return EXIT_SUCCESS;
}
/* Now, "variable1", "variable2", "array1", "array2" is dead. */
這一個程式之中，variable1, variable2, array1, array2, array3
都是 Automatic Storage Duration，這一類變數有以下特性：
1. 生命週期開始於宣告處，終止於所在的視野結束時。
2. 每一次函式呼叫都會配置獨立的記憶體區塊。
3. 原則上，除非有指明，不然所有的變數不會被初始化。
4. 陣列可能是第三點的例外，陣列的元素如果有一個有初始值，則
所有的元素都會有初始值。此時沒有指定初指值的變數會以 Static
Storage Duration 的方法初使化。
備註：根據第 4 點，array3[2] == 0, array3[3] == 0，有時候我
們會在宣告的後面加上 = {0} 來將整個陣列初始化為 0。不過要注
意的是 = {10} 並非把所有的元素初始化為 10，只有第一個會是
10，其他的都會是 0。
3.
Heap Storage Duration
Heap Storage Duration 是用於動態配置記憶體。其生命週期是在被
malloc 時開始，結束於 free 的時候。Heap Storage Duration 不
會被初始化。如下面的程式︰
#include <stdlib.h>
int
main()
{
int *my_array = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
free(my_array);
return EXIT_SUCCESS;
}
不過要稍微解說一下，my_array 這一個指標本身是屬於 Automatic
Storage Duration，是 may_array 所指向的變數才是 Heap Storage
Duration。
文未附上可以看生命週期的 C++ 程式碼。
http://www.csie.ntu.edu.tw/~b97073/bbs/src/lifetime.cpp
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