C++語(yǔ)言變量的生命期與作用域的探討

趙魁奎 趙海廷

(1.寧波理工環(huán)境能源科技股份有限公司 浙江 寧波：315806；2.武昌理工學(xué)院 信息工程學(xué)院 湖北 武漢：430223)

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C++語(yǔ)言變量的生命期與作用域的探討

趙魁奎1趙海廷2

(1.寧波理工環(huán)境能源科技股份有限公司 浙江 寧波：315806；2.武昌理工學(xué)院 信息工程學(xué)院 湖北 武漢：430223)

變量的生命期是變量從創(chuàng)建到消亡的時(shí)間段，也稱為變量的存在性，就是說(shuō)一個(gè)變量是否還存在。變量的作用域是變量能被引用的范圍，也稱為變量的可見性，是指在變量存在的情況下能否被引用。一個(gè)變量若是可見的其必然存在，若其存在卻不一定就可見。主要討論了C++語(yǔ)言中變量的生命期、作用域、存在性及可見性等實(shí)際應(yīng)用的問(wèn)題。

生命期；作用域；存在性；可見性

1 C++變量的生命期與作用域

1.1 C++變量的生命期

變量的生命期就是變量從創(chuàng)建到消亡的時(shí)間段。C++語(yǔ)言變量的生命期可分為靜態(tài)生命期和動(dòng)態(tài)生命期。

如果變量的生命期與系統(tǒng)程序的運(yùn)行時(shí)段相同，則該變量就具有靜態(tài)的生命期。在所有大括號(hào)對(duì)之外定義的變量具有靜態(tài)生命期。若定義變量時(shí)在數(shù)據(jù)類型之前冠以“static”關(guān)鍵字的外部變量或局部變量也具有靜態(tài)生命期。

在大括號(hào)對(duì)內(nèi)定義的變量其生命期從變量的定義點(diǎn)開始，結(jié)束于定義該變量所對(duì)應(yīng)大括號(hào)處，這種變量具有動(dòng)態(tài)生命期。

變量的生命期也稱為變量的存在性；在其生命期期間，該變量必然是存在的即具有存在性。

1.2 C++變量的作用域

變量的作用域是變量能被引用的范圍。在變量的生存期間，每個(gè)變量都有各自的作用范圍，在各自的作用域內(nèi)、外，該變量可以是可見的，也可以是不可見的，也稱為變量的可見性。

一個(gè)變量若存在，但它能否被引用，這是該變量的作用域問(wèn)題。變量的作用域討論的是一個(gè)標(biāo)識(shí)符的有效引用范圍。

C++語(yǔ)言變量的作用域可以分為：函數(shù)原型作用域，異常處理參數(shù)作用域，局部作用域，文件作用域、全局作用域和對(duì)象族作用域。

(1)函數(shù)原型作用域

所謂函數(shù)原型作用域就是在函數(shù)說(shuō)明時(shí)形式參數(shù)的作用范圍。

例如：double Area(double radius);

其形參radius的作用范圍就在Area函數(shù)說(shuō)明的小括號(hào)對(duì)內(nèi)，在程序的其它地方將沒有意義，也就是變量radius的作用域就在Area函數(shù)的原型說(shuō)明中。

(2)異常處理參數(shù)作用域

所謂異常處理參數(shù)作用域就是在異常處理時(shí)，異常監(jiān)控段拋出異常對(duì)象后，異常處理程序段捕獲異常參數(shù)所具有的作用域。

例如：

try{……;cout?"9/0="?div(c,d)?endl;……;}

catch(int){cout?"撲獲了除數(shù)為'0'異常！"?endl;}

catch(…){……}

上述try{……}監(jiān)控的程序段中，若有異常發(fā)生，將拋出異常對(duì)象，異常對(duì)象將在catch(……)段被捕獲，該異常參數(shù)具有的作用域就是異常參數(shù)作用域。

(3)局部作用域

定義在大括號(hào)對(duì)內(nèi)的變量稱為局部變量，一個(gè)局部變量具有局部于本塊的生命期和作用域；也就是局部變量的作用域從聲明變量處開始，一直到塊結(jié)束的大括號(hào)為止。

如果一個(gè)局部變量定義為靜態(tài)的，該變量具有全局的生命期和局部于本塊的局部作用域。

(4)全局作用域和文件作用域

若一個(gè)變量在大括號(hào)對(duì)之外被聲明，該變量具有全局的生命期和全局的作用域。若是多文件系統(tǒng)，通過(guò)extern說(shuō)明，還可以在其它文件中引用。

一個(gè)全局變量在定義時(shí)，在其數(shù)據(jù)類型關(guān)鍵字前面冠以“static”關(guān)鍵字，這種變量的作用域開始于變量定義點(diǎn)，結(jié)束于本文件，即該變量具有全局的生命期和本文件的作用域，也就是該變量只能在定義它的文件中引用。

(5)對(duì)象族作用域

在面向?qū)ο蟮腃++系統(tǒng)中，類的數(shù)據(jù)成員在創(chuàng)建該類的對(duì)象時(shí)，該類的數(shù)據(jù)成員將被復(fù)制到各個(gè)對(duì)象之中，這些數(shù)據(jù)成員具有對(duì)象族作用域。

靜態(tài)成員變量要在類內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)變量的說(shuō)明，在類外進(jìn)行靜態(tài)變量的初始化。該變量在該類的所有對(duì)象間只有一個(gè)拷貝，為所有對(duì)象共享；可以認(rèn)為靜態(tài)成員變量對(duì)該類族的所有對(duì)象具有生命期和作用域。

2 C++語(yǔ)言程序的內(nèi)存空間分配

C++語(yǔ)言程序在內(nèi)存中一般分為如下六個(gè)區(qū)：

(1)代碼區(qū):代碼區(qū)為程序代碼在內(nèi)存中的映射。

(2)常量區(qū):常量、字符串等存放在該區(qū)。

(3)初始化數(shù)據(jù)(data)區(qū):已經(jīng)初始化的變量的存儲(chǔ)區(qū)域，初始化了的全局變量和靜態(tài)變量存在該區(qū)域。

(4)未初始化數(shù)據(jù)(BSS)區(qū):全局變量和靜態(tài)變量未初始化的存儲(chǔ)區(qū)域。未初始化的數(shù)據(jù)(BSS)區(qū)位于初始化數(shù)據(jù)區(qū)相鄰的一個(gè)區(qū)。

(5)棧(stack)區(qū):臨時(shí)變量存儲(chǔ)區(qū)。進(jìn)程進(jìn)入該程序塊時(shí)為該局部變量分配內(nèi)存空間,退出塊時(shí)釋放該空間；函數(shù)的參數(shù)也存儲(chǔ)在該區(qū)域。

(6)堆(heap)區(qū):動(dòng)態(tài)申請(qǐng)內(nèi)存分配存儲(chǔ)區(qū)。程序執(zhí)行new運(yùn)算符時(shí)申請(qǐng)存儲(chǔ)空間,執(zhí)行delete運(yùn)算符時(shí)釋放相應(yīng)的存儲(chǔ)空間。

通常又將(3)和(4)區(qū)域稱為靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，5和6區(qū)域稱為動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)

3 變量生命期和作用域的舉例

下面給出闡述上述問(wèn)題的實(shí)際應(yīng)用例子，它包括：File1.cpp、Jbjthshu.cpp和hshuMain.cpp三個(gè)文件。

3.1 File1.cpp

//File1.cpp

#include

int Iqjbl=123;//外部變量定義

extern double Dqjbl;//外部全局變量的說(shuō)明

extern float Fstatic;//外部靜態(tài)全局變量說(shuō)明

void Display()//Display()函數(shù)定義

{cout?"在Display()函數(shù)中，全局變量Dqjbl的值為："?Dqjbl?endl;

//cout?"在Display()函數(shù)中，靜態(tài)全局變量Fstatic的值為："?Fstatic?endl;錯(cuò)誤

}

3.2 Jbjthshu.cpp

//Jbjthshu.cpp

#include

void Jbjthshu(intx)

{inty=0;//局部變量初始化

static int Sjbjt=0;//局部靜態(tài)變量初始化

Sjbjt++;//局部靜態(tài)變量后置加1運(yùn)算

cout?"在Jbjthshu()函數(shù)中，函數(shù)參數(shù)x和局部變量y的值為：x="?x?",y="?y?endl;

cout?"在Jbjthshu()函數(shù)中，局部靜態(tài)變量Sjbjt的值為：Sjbjt="?Sjbjt?endl;

}

3.3 hshuMain.cpp

//hshuMain.cpp

#include

class Clock//時(shí)鐘類的聲明

{public://公有成員函數(shù)，外部公共接口

//Clock類的構(gòu)造函數(shù)

Clock(int NewH,int NewM,int NewS)

{Hour=NewH;Minute=NewM;Second=NewS;}

void ShowTime()//Clock類的成員函數(shù)

{cout?"現(xiàn)在是"?Hour?"小時(shí)"?Minute?"分鐘"?Second?"秒鐘。"?endl;}

//私有數(shù)據(jù)成員

private: int Hour,Minute,Second;

};

extern Iqjbl;//外部變量的說(shuō)明

extern void Display();//外部函數(shù)的說(shuō)明

extern void Jbjthshu(int);//外部函數(shù)的說(shuō)明

double Dqjbl=12.345;//外部變量定義初始化

//外部靜態(tài)變量的定義及初始化

static float Fstatic=5.4321f;

int div(intx, inty)//外部函數(shù)的定義

{if (y==0) throwy;

returnx/y;

}

void main()

{cout?"在main()主函數(shù)中，全局變量Iqjbl的值為："?Iqjbl?endl;//①

cout?"在main()主函數(shù)中，靜態(tài)全局變量Fstatic的值為："?Fstatic?endl;//②

Display();//③外部函數(shù)的調(diào)用

//④帶參外部函數(shù)的調(diào)用

Jbjthshu(5);Jbjthshu(8);

int sum=0;//sum定義為局部變量

//⑤i定義為局部變量

for(inti=1;i<11;i++) sum+=i;

cout?"sum="?sum?endl;

//局部變量定義

inta=8,b=2,c=9,d=0,x=7,y=3;

cout?"除數(shù)為零異常舉例 ";

try//⑥異常監(jiān)控程序段

{cout?"8/2="?div(a,b)?endl;

cout?"9/0="?div(c,d)?endl;

cout?"7/3="?div(x,y)?endl;

}

//異常捕獲程序段，int具有異常參數(shù)作用域

catch(int )

{cout?"撲獲了除數(shù)為'0'異常！"?endl;}

//⑦輸出局部變量i的值

cout?"i="?i?endl;

cout?"對(duì)象當(dāng)前的時(shí)間是：";

//⑧設(shè)置時(shí)間為：7:0:0

Clock MyClock1(7,0,0);

//調(diào)用MyClock1對(duì)象ShowTime()輸出時(shí)間

MyClock1.ShowTime();

}

4 變量生命期和作用域舉例的說(shuō)明

在上述例子中：

語(yǔ)句①引用的是File1.cpp文件的全局變量，要用“extern Iqjbl;”說(shuō)明，也就是Iqjbl變量具有全局的存在性和全局的可見性。語(yǔ)句②引用的是本文件的靜態(tài)全局變量，在本文件中引用，不需要說(shuō)明；但在File1.cpp文件中不能引用，即Fstatic變量具有全局的生命期，只具有所在文件的作用域；也就是Fstatic具有全局的存在性和本文件的可見性。語(yǔ)句①、②的輸出為：

在main()主函數(shù)中，全局變量Iqjbl的值為：123

在main()主函數(shù)中，靜態(tài)全局變量Fstatic的值為：5.4321

語(yǔ)句③調(diào)用File1.cpp文件的函數(shù)，需要“extern void Display();”語(yǔ)句進(jìn)行函數(shù)說(shuō)明。在Display()函數(shù)中，調(diào)用了外部變量Dqjbl，要“extern double Dqjbl;”外部變量說(shuō)明，但靜態(tài)全局變量Fstatic即使用“extern float Fstatic;”進(jìn)行了說(shuō)明也不能進(jìn)行引用，其原因是該變量在其它文件中的可見性為不可見。該語(yǔ)句的輸出為：

“在Display()函數(shù)中，全局變量Dqjbl的值為：12.345”。

語(yǔ)句④兩次調(diào)用Jbjtbl()函數(shù)，第1次調(diào)用Jbjthshu(5)函數(shù)，輸出為：

“在Jbjtbl()函數(shù)中，函數(shù)參數(shù)x和局部變量y的值為：x=5,y=0”

“在Jbjtbl()函數(shù)中，局部靜態(tài)變量Sjbbl的值為：Sjbjt=1”。

第2次調(diào)用Jbjthshu(8)函數(shù)，輸出為：

“在Jbjthshu()函數(shù)中，函數(shù)參數(shù)x和局部變量y的值為：x=8,y=0”

“在Jbjthshu()函數(shù)中，局部靜態(tài)變量Sjbbl的值為：Sjbjt=2”。

Jbjthshu()函數(shù)的形參x和函數(shù)的局部變量y都具有該函數(shù)的生命期和作用域，即它們?cè)谠摵瘮?shù)中有存在性和可見性。而局部靜態(tài)變量Sjbjt具有全局的生命期和局部的作用域，即Sjbjt具有全局的存在性和局部于該函數(shù)的可見性。

語(yǔ)句⑤，在for語(yǔ)句中定義了局部變量i，其后通過(guò)“sum+=i；”進(jìn)行累加，sum的值輸出為：

“sum=55”。

語(yǔ)句⑥，通過(guò)try{……}實(shí)施對(duì)異常監(jiān)控，有異常發(fā)生時(shí)，該監(jiān)控段拋出異常對(duì)象，由“catch(int )”對(duì)異常對(duì)象進(jìn)行捕獲，其catch(int )的參數(shù)就具有異常參數(shù)作用域，也就是該參數(shù)只有在該程序段才具有可見性。其輸出為：

“除數(shù)為零異常舉例”

“8/2=4”

“撲獲了除數(shù)為'0'異常！”

語(yǔ)句⑦，輸出局部變量i的值，其輸出值為：

“i=11”

此i是語(yǔ)句⑤在for語(yǔ)句中定義的局部變量，其生命期及作用域均從定義點(diǎn)開始到本局部的結(jié)束，也就是其存在性和可見性都是局部的。

語(yǔ)句⑧，創(chuàng)建一個(gè)“Clock MyClock1(7,0,0);”對(duì)象，本語(yǔ)句將在MyClock1對(duì)象中設(shè)置其類中的數(shù)據(jù)成員“Hour、Minute和Second;”分別為：7:0:0。該類的數(shù)據(jù)成員“Hour、Minute和Second”具有類族的存在性和可見性。其輸出為：

“對(duì)象當(dāng)前的時(shí)間是：現(xiàn)在是7小時(shí)0分鐘0秒鐘”。

需要注意：

(1)在hshuMain.cpp文件的main函數(shù)for(inti=1;i<11;i++)中的inti具有從定義點(diǎn)開始到本函數(shù)結(jié)束的生命期和作用域；但在Java語(yǔ)言中，i變量只具有本語(yǔ)句的生命期和作用域。

(2)在Jbjthshu.cpp文件的Sjbjt具有全局的生命期和局部于Jbjthshu本函數(shù)的作用域。

5 結(jié)束語(yǔ)

變量或?qū)ο蟮拇嬖谛员砻饕粋€(gè)變量或?qū)ο笫欠翊嬖冢蛔兞炕驅(qū)ο蟮目梢娦詣t是指變量或?qū)ο蟠嬖诘那闆r下能否被引用；對(duì)于一個(gè)變量或?qū)ο蠖裕骸按嬖诘牟灰欢梢?，可見的一定存在”?/p>

[1] 趙海廷等編著.C++引言程序設(shè)計(jì)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社,2014.

[2] 嚴(yán)運(yùn)國(guó),趙海廷主編.C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社,2005.

[3] 趙海廷,嚴(yán)運(yùn)國(guó)主編.C++程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,2006.

[4] 趙海廷主編.C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2009

(責(zé)任編輯：李文英)

Discussion of Life Cycle and Scope of C++ Language Variations

Zhao Kuikui1Zhao Haiting2

(1.Ningbo Ligong Environment and Energy Technology Co., LTD, Ningbo 315806, Zhejiang;2.Wuchang University of Technology, Wuhan 430223, Hubei)

Life cycle of a variation is the period in which a variation is created and disappears; it is also called as the existence of a variation. A variation’s function is the scope in which it can be quoted, that is, the visibility of a variation, which means whether a variation is quoted in the period it exists. A visible variation does exist while an existing variation is not necessary visible. This paper mainly discusses the life cycle, scope, existence, and visibility of C++ language variations.

life cycle; scope; existence; visibility

2016-10-21

2016-11-04

趙魁奎(1981～)，男，大學(xué)，工程師.E-mail：28712870@qq.com

TP312

A

1671-3524(2016)04-0037-04