变量的作用域和生命周期及内存管理_为什么要对变量进行生存期管理

变量的作用域和生命周期

作用域和生命周期，它们从两个不同的维度描述了一个变量–时间和空间。顾名思义，作用域就是一个变量可以被引用的范围，如：全局作用域、文件作用域、局部作用域；而生命周期就是这个变量可以被引用的时间段。不同生命周期的变量，在程序内存中的分布位置是不一样的。一个程序的内存分为代码区、全局数据区、堆区、栈区，不同的内存区域，对应不同的生命周期。

• 普通局部变量

  作用域：局部作用域（只在局部作用域中可见）
  生命周期：程序运行出局部作用域即被销毁
  内存分布：栈区

  属于某个{}，在{}外部不能使用此变量，在{}内部是可以使用。执行到普通局部变量定义语句，才会分配空间，离开{}，自动释放。普通局部变量不初始化，默认值为随机数。

• static局部变量

  作用域：局部作用域（只在局部作用域中可见）
  生命周期：程序运行期一直存在
  内存分布：全局数据区
  定义方法：局部作用域用中用static定义
  注意：只被初始化一次，多线程中需加锁保护

  属于某个{}，在{}外部不能使用此变量，在{}内部是可以使用。在编译阶段就已经分配空间，初始化只能使用常量。static局部变量不初始化，默认值为0。离开{}，static局部变量不会释放，只有整个程序结束才释放。
  注意：静态局部变量的作用域属于某个{},但是它的生命周期却是从编译阶段到整个程序结束。

• 普通全局变量

  作用域：全局作用域（全局变量只需在一个源文件中定义，就可以作用于所有的源文件。）
  生命周期：程序运行期一直存在
  引用方法：其他文件中要使用必须用extern 关键字声明要引用的全局变量。
  内存分布：全局数据区
  注意：如果在两个文件中都定义了相同名字的全局变量，连接出错：变量定义在编译阶段分配空间，只有整个程序结束才释放。普通全局变量只要定义了，任何地方都能使用，使用前需要声明所有的.c文件，只能定义一次普通全局变量，但是可以声明多次（外部链接）。
  注意：全局变量的作用域是全局范围，但是在某个文件中使用时，必须先声明。

• static全局变量

  作用域：文件作用域（只在被定义的文件中可见。）
  生命周期：程序运行期一直存在
  内存分布：全局数据区
  定义方法：static关键字，const 关键字
  注意：只要文件不互相包含，在两个不同的文件中是可以定义完全相同的两个静态变量的，它们是两个完全不同的变量

  在编译阶段分配空间，只有整个程序结束才释放。static全局变量只能在定义所在的文件中使用此变量（内部链接）。不同的.c文件，可以定义一次static全局变量。

• extern函数和static函数的区别（作用域）

  extern函数所有文件都是调用，所有文件中只能定义一次extern函数。
  static函数只能在定义所在的文件中调用此函数，不同文件，可以定义一次static函数。

内存管理之内存分区

C源代码进过预处理、编译、汇编和链接4步生成一个可执行程序。
程序在没有运行之前，也就是说程序没有被加载到内存前，可执行程序内部已经分好3段信息，分别是代码区(text)、数据区(data) 和 未初始化数据区(bss) 三个部分。（部分人直接把data和bss合起来叫做静态区或全局区）。
运行可执行程序，系统把程序加载到内存，除了根据可执行程序的信息分出代码区、数据区和未初始化数据区之外，还额外增加了栈区和堆区。

1.1 代码区
代码区存放CPU执行的机器指令。通常代码区是可共享的（即另外的执行程序可以调用它），因为对于频繁被执行的程序，只需要在内存中有一份代码即可。代码区通常是只读的，为了防止程序意外地修改了它的指令。

1.2 全局初始化数据区/静态数据区(data段)
该区包含了在程序中明确被初始化的全局变量、已经初始化的静态变量（包括全局静态变量和局部静态变量）和常量数据（如字符串常量）。

1.3 未初始化数据区(又叫bss区)
存入的是全局未初始化变量和未初始化静态变量。未初始化数据区的数据在程序开始执行之前被内核初始化为0或者空（NULL）。

示例：

//全局变量
int g_a = 10;
int g_b = 10;

//全局常量
const int c_g_a = 10;
const int c_g_b = 10;

int main() {

	//局部变量
	int a = 10;
	int b = 10;

	//打印地址
	cout << "局部变量a地址为： " << (int)&a << endl;
	cout << "局部变量b地址为： " << (int)&b << endl;

	cout << "全局变量g_a地址为： " <<  (int)&g_a << endl;
	cout << "全局变量g_b地址为： " <<  (int)&g_b << endl;

	//静态变量
	static int s_a = 10;
	static int s_b = 10;

	cout << "静态变量s_a地址为： " << (int)&s_a << endl;
	cout << "静态变量s_b地址为： " << (int)&s_b << endl;

	cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world" << endl;
	cout << "字符串常量地址为： " << (int)&"hello world1" << endl;

	cout << "全局常量c_g_a地址为： " << (int)&c_g_a << endl;
	cout << "全局常量c_g_b地址为： " << (int)&c_g_b << endl;

	const int c_l_a = 10;
	const int c_l_b = 10;
	cout << "局部常量c_l_a地址为： " << (int)&c_l_a << endl;
	cout << "局部常量c_l_b地址为： " << (int)&c_l_b << endl;

	system("pause");

	return 0;
}
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打印结果：

总结：

• C++中在程序运行前分为全局区和代码区
• 代码区特点是共享和只读
• 全局区中存放全局变量、静态变量、常量
• 常量区中存放 const修饰的全局常量 和 字符串常量

1.4 栈区（stack）
栈是一种先进后出的内存结构，由编译器自动分配释放，存放函数的参数值、返回值、局部变量等。在程序运行中实时加载和释放，因此，局部变量的生存周期为申请到释放该段栈空间。不同的操作系统分配给每一个程序的栈区大小不同：一般Windows是1M ~ 8M不等，一般Linux是1M ~ 16M不等。

1.5堆区（heap）
堆是一个大容器，它的容量远大于栈，用于动态内存分配，堆在内存中位于BSS区和栈区之间。一般由程序员分配和释放，若不主动释放，程序结束时，由操作系统回收。堆区通常加载音频文件、视频文件、图像文件、文本文件以及大小超过栈大小由程序员主动申请分配的内存的大数组等。

注意：
1）所有未初始化的静态变量和全局变量，编译器会默认赋初值0；
2）程序在加载到内存前，代码区和全局区(data和bss)的大小就是固定的，程序运行期间不能改变；
3）data段和bss区中的数据的生存周期为整个程序运行过程；
4）data段、text区和bss区是由编译器在编译时分配的，堆和栈是由系统在运行时分配的。