C/C++的初始化規則與變數的儲存週期

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撰寫時間 : 2022/04/01

在C/C++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)

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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。例如：

#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。當然陣列也是a[0] = 0, a[1] = 0, …a[9] = 0。

Automatic Storage Duration

在函式內部的變數、函式的引數(argument)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. */

automatic storage duration的變數會有以下特性：

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. 除非有指明，不然所有的變數不會被初始化。
4. 第三點的例外為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。

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。

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。例如：

#include <stdlib.h>

int main() {
    int *my_array = (int *)malloc(sizeof(int) * 10);
    free(my_array);

    return EXIT_SUCCESS;
}

需要注意的是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。

參考資料

• new 與 delete
• 變數的儲存週期