Лекция 16

 

Время жизни и область видимости

 

В языке C блоком считается последовательность объявлений, определений и операторов, заключенная в фигурные скобки. Объект языка C может быть объявлен на внешнем уровне (вне любого блока), на внутреннем уровне (внутри блока) и в списке формальных параметров функции. Внутренние уровни могут иметь вложенность, если внутри блока содержится другой блок. Число уровней вложенности теоретически не ограничено. Определение объекта – это объявление инициализированного объекта.

Объявление объекта на внешнем уровне – это либо его создание, либо ссылка на уже созданный в другом файле или в этом же файле ниже объект. Объявление объекта на внутреннем уровне – это всегда его создание.

Время жизни объекта – это интервал времени выполнения программы, в течение которого он существует в памяти ЭВМ. Время жизни может быть либо глобальное, либо локальное.

Объекты с глобальным временем жизни имеют закреплённую за ними область оперативной памяти, в которой хранится их значение в течение всего времени выполнения программы. Это либо объекты, объявленные на внешнем уровне (вне функций), либо объекты, объявленные на внутреннем уровне как статические.

Объекты с локальным временем жизни имеют закреплённую за ними область оперативной памяти, в которой хранится их значение, в течение времени выполнения блока, в котором они объявлены. Это объекты, объявленные внутри блоков. При входе в блок под эти объекты выделяется память, при выходе из блока память освобождается. При повторном входе в блок память под объект выделяется снова, но это может быть совершенно иная область памяти.

Область видимости (действия) объекта – это область программы, в которой объект является доступным для использования. Область действия может быть глобальной для файла, глобальной для другого файла программы или локальной. Объект считается видимым в блоке или в исходном файле, если в этом блоке или файле известны имя и тип объекта. Любой объект не видим в тексте программы до своего объявления, область видимости объекта начинается с точки его объявления (или объявления ссылки на него).

Глобальную для файла область действия имеют объекты, объявленные на внешнем уровне в данном файле, так как к ним можно обратиться из любой области файла за исключением блоков, в которых эти объекты локально переобъявлены.

Глобальную для другого файла программы область действия имеют объекты, объявленные на внешнем уровне в файле и имеющие ссылки в другом файле, в котором к этим объектам можно обратиться из любой области файла за исключением блоков, в которых эти объекты локально переобъявлены.

Локальную область действия имеют объекты, объявленные внутри какого-нибудь блока, их область действия – от точки объявления до конца блока. Если имя локального объекта совпадает с именем глобального объекта, то внутри локального блока глобальный объект становится недоступным.

Локальную область действия имеют также формальные параметры функции, для которых блоком, в котором они объявлены, является тело функции.

 

Классы памяти

 

Класс памяти – это механизм, который позволяет определить время жизни и область видимости объявляемого объекта. Ниже в таблице приведены классы памяти языка C, время жизни и область видимости объектов данных классов.

 

Класс памяти	Ключевое слово	Время жизни	Область видимости
Автоматический	auto	временно	блок
Регистровый	register	временно	блок
Статический локальный	static	постоянно	блок
Статический глобальный	static	постоянно	файл
Внешний	extern	постоянно	файлы программы

 

Автоматический объект может быть объявлен внутри блока, он имеет локальную область видимости, он видим только внутри блока, в котором объявлен, с момента объявления. Время жизни локального объекта – время выполнения блока, в котором объявлен объект. В другом блоке может использоваться тот же идентификатор для объекта, но это уже совершенно другой объект. Автоматический объект создаётся при входе в блок, при этом никакая инициализация объекта по умолчанию не производится, при выходе из блока он уничтожается, а область памяти, в которой он находился, считается свободной. Автоматические объекты хранятся в стеке. Все локальные объекты по умолчанию имеют класс памяти auto, поэтому данное слово практически никогда не используется. Автоматическим может быть объект любого типа.

Регистровый объект хранится в регистре процессора (если это возможно, если нет, то объект становится автоматическим), что уменьшает время доступа к этому объекту. Регистровым может быть не любой объект, а только такой, который может быть записан в регистры процессора (как правило, переменные типа char, int или ближний указатель). В остальном они аналогичны автоматическим объектам.

Внешний объект может быть объявлен с ключевым словом extern как на внешнем, так и на внутренним уровне, либо без ключевого слова extern на внешнем уровне. Если объект объявляется на внешнем уровне без ключевого слова extern, то это его объявление, область видимости данного объекта – весь файл, в котором он объявлен, начиная с момента объявления (он также может быть виден в других файлах, если там есть на него ссылки). Если объект объявляется с ключевым словом extern на внешнем уровне, то это ссылка на внешний объект, объявленный в другом файле программы (это сообщает компилятору, что такой объект уже существует и его создавать не надо), область видимости данного объекта – весь файл, в котором объявлена ссылка, начиная с момента объявления ссылки (а также и модуль, в котором определён объект). Если объект объявляется с ключевым словом extern на внутреннем уровне, то это ссылка на внешний объект, объявленный в другом файле программы или в этом же файле программы ниже, и область видимости данного объекта для первого случая – блок, в котором объявлена ссылка, и файл, в котором объявлен объект, а для второго случая – блок, в котором объявлена ссылка, и текущий файл начиная с момента объявления объекта. Место в памяти под внешние объекты выделяется в начале работы программы в разделе глобальных и статических объектов, их время жизни – постоянно. Внешний объект становится видимым с момента своего объявления или с момента объявления ссылки на него. Внешние объекты инициализируются явно константным выражением или нулём по умолчанию и только в одном месте программы. Внешним может быть объект любого типа.

Статический объект может быть объявлен как на внешнем, так и на внутреннем уровне. Место в памяти под статические объекты выделяется в начале работы программы в разделе глобальных и статических объектов, их время жизни – постоянно. Область видимости статических объектов, объявленных на внутреннем уровне, такая же, как и у автоматических. Отличие заключается в том, что после выхода из блока, в котором объявлен объект, он не уничтожается, и его значение продолжает храниться в памяти компьютера. Статическим может быть объект любого типа. Можно описать статический объект на внешнем уровне. Его отличие от обычного внешнего объекта состоит в том, что его область действия – только тот файл, в котором он объявлен, и он не может быть видимым в другом файле программы. Любые статические объекты инициализируются явно константным выражением или нулём по умолчанию и только в одном месте программы.

 

Локальное переобъявление.

Если в некотором блоке2 объявляется объект2, имя которого совпадает с именем объекта1, видимого в данном блоке2 и объявленного на внешнем уровне или на внутреннем уровне блока1, в который вложен блок2, то в пределах блока2 и всех вложенных в него блоков видим объект2, а объект1 невидим начиная с точки объявления объекта2. Обычно локальные объекты переобъявляют глобальные.

 

Классы памяти функций.

Определение функции всегда выполняется глобально. Функция видима в модуле начиная с момента своего определения. Объявление функции может выполняться либо глобально, либо локально. Если функция объявлена глобально, то она видима в пределах данного модуля начиная с точки объявления. Если функция объявлена локально в блоке, то она видима в данном блоке начиная с точки объявления. При этом определение функции может находиться в этом же или в другом модуле программы.

Функции могут быть объявлены и определены с классом памяти static или extern.

Функция, объявленная или определенная с классом памяти static, видима в пределах того модуля, в котором она определена. Каждая функция может вызвать другую функцию с классом памяти static из своего модуля, но не может вызвать функцию, определенную с классом static в другом модуле. Разные функции с классом памяти static имеющие одинаковые имена могут быть определены в разных модулях, и это не ведёт к конфликту. Если ключевое слово static используется только в объявлении или определении функции, то все равно считается, что класс функции – static.

Функция, объявленная или определенная, с классом памяти extern, видима в пределах данного модуля начиная с точки объявления или определения (в общем случае объявление и определение функции могут находиться в разных модулях). Если в объявлении или определении функции отсутствует спецификатор класса памяти, то по умолчанию принимается класс extern.

Все объекты с классом памяти extern компилятор помещает в объектном файле в специальную таблицу внешних ссылок, которая используется редактором связей для разрешения внешних ссылок. Часть внешних ссылок порождается компилятором при обращениях к библиотечным функциям языка C, поэтому для разрешения этих ссылок должны быть доступны соответствующие библиотеки функций.

 

Пример 1

Файл 1.cpp

void func1(void);

void func2(void);

extern void func3(void); // объявление функции, описанной в другом файле

 

int i1; //объявление внешней переменной i1

static int j; // объявление статической внешней переменной j

 

void main(void)

{

i1++; // изменение внешней переменной i1

extern int i2; //ссылка на внешнюю переменную i2, объявленную ниже

printf("n%d ",++i2);

func1();

for(register int j=0;j<2;j++) /*пример регистровой переменной, закрывающей внешнюю

статическую переменную j */

{

printf("%d ",j); // печать регистровой переменной j

func2();

}

func3();

printf("%d ",i2); //печать внешней переменной i2

}

 

int i2; // объявление внешней переменной i2

 

void func1(void)

{

printf("%d ",i1);

for(auto int i1=0;i1<2;i1++) /*пример автоматической переменной, закрывающей

внешнюю переменную i1 */

{

printf("%d ",i1); // печать автоматической переменной i1

for(int i1=5;i1<7;i1++) /*пример новой автоматической переменной, закрывающей

объявленную ранее автоматическую переменную i1 */

printf("%d ",i1); // печать новой автоматической переменной i1

}

}

 

void func2(void)

{

static int i1=3; /*объявление статической локальной переменной, хранящей значения

между вызовами функции, которая закрывает внешнюю переменную */

printf("%d %d ",i1,++j); // печать локальной и глобальной статических переменных

i1++; // изменение значения статической локальной переменной

}

 

Файл 2.cpp

extern int i1; // ссылка на внешнюю переменную, объявленную в файле 1.cpp

 

void func3(void)

{

printf("%d ",i1); // печать внешней переменной, объявленной в файле 1.cpp

}

На экране будет напечатано: 1 1 0 5 6 1 5 6 0 3 1 1 4 2 1 1

Файлы 1.cpp и 2.cpp должны быть связаны в проекте.