C++语言变量的生命期与作用域的探讨

赵魁奎 赵海廷

(1.宁波理工环境能源科技股份有限公司 浙江 宁波：315806；2.武昌理工学院 信息工程学院 湖北 武汉：430223)



C++语言变量的生命期与作用域的探讨

赵魁奎1赵海廷2

(1.宁波理工环境能源科技股份有限公司 浙江 宁波：315806；2.武昌理工学院 信息工程学院 湖北 武汉：430223)

变量的生命期是变量从创建到消亡的时间段，也称为变量的存在性，就是说一个变量是否还存在。变量的作用域是变量能被引用的范围，也称为变量的可见性，是指在变量存在的情况下能否被引用。一个变量若是可见的其必然存在，若其存在却不一定就可见。主要讨论了C++语言中变量的生命期、作用域、存在性及可见性等实际应用的问题。

生命期；作用域；存在性；可见性

1 C++变量的生命期与作用域

1.1 C++变量的生命期

变量的生命期就是变量从创建到消亡的时间段。C++语言变量的生命期可分为静态生命期和动态生命期。

如果变量的生命期与系统程序的运行时段相同，则该变量就具有静态的生命期。在所有大括号对之外定义的变量具有静态生命期。若定义变量时在数据类型之前冠以“static”关键字的外部变量或局部变量也具有静态生命期。

在大括号对内定义的变量其生命期从变量的定义点开始，结束于定义该变量所对应大括号处，这种变量具有动态生命期。

变量的生命期也称为变量的存在性；在其生命期期间，该变量必然是存在的即具有存在性。

1.2 C++变量的作用域

变量的作用域是变量能被引用的范围。在变量的生存期间，每个变量都有各自的作用范围，在各自的作用域内、外，该变量可以是可见的，也可以是不可见的，也称为变量的可见性。

一个变量若存在，但它能否被引用，这是该变量的作用域问题。变量的作用域讨论的是一个标识符的有效引用范围。

C++语言变量的作用域可以分为：函数原型作用域，异常处理参数作用域，局部作用域，文件作用域、全局作用域和对象族作用域。

(1)函数原型作用域

所谓函数原型作用域就是在函数说明时形式参数的作用范围。

例如：double Area(double radius);

其形参radius的作用范围就在Area函数说明的小括号对内，在程序的其它地方将没有意义，也就是变量radius的作用域就在Area函数的原型说明中。

(2)异常处理参数作用域

所谓异常处理参数作用域就是在异常处理时，异常监控段抛出异常对象后，异常处理程序段捕获异常参数所具有的作用域。

例如：

try{……;cout≪"9/0="≪div(c,d)≪endl;……;}

catch(int){cout≪"扑获了除数为'0'异常！"≪endl;}

catch(…){……}

上述try{……}监控的程序段中，若有异常发生，将抛出异常对象，异常对象将在catch(……)段被捕获，该异常参数具有的作用域就是异常参数作用域。

(3)局部作用域

定义在大括号对内的变量称为局部变量，一个局部变量具有局部于本块的生命期和作用域；也就是局部变量的作用域从声明变量处开始，一直到块结束的大括号为止。

如果一个局部变量定义为静态的，该变量具有全局的生命期和局部于本块的局部作用域。

(4)全局作用域和文件作用域

若一个变量在大括号对之外被声明，该变量具有全局的生命期和全局的作用域。若是多文件系统，通过extern说明，还可以在其它文件中引用。

一个全局变量在定义时，在其数据类型关键字前面冠以“static”关键字，这种变量的作用域开始于变量定义点，结束于本文件，即该变量具有全局的生命期和本文件的作用域，也就是该变量只能在定义它的文件中引用。

(5)对象族作用域

在面向对象的C++系统中，类的数据成员在创建该类的对象时，该类的数据成员将被复制到各个对象之中，这些数据成员具有对象族作用域。

静态成员变量要在类内进行静态变量的说明，在类外进行静态变量的初始化。该变量在该类的所有对象间只有一个拷贝，为所有对象共享；可以认为静态成员变量对该类族的所有对象具有生命期和作用域。

2 C++语言程序的内存空间分配

C++语言程序在内存中一般分为如下六个区：

(1)代码区:代码区为程序代码在内存中的映射。

(2)常量区:常量、字符串等存放在该区。

(3)初始化数据(data)区:已经初始化的变量的存储区域，初始化了的全局变量和静态变量存在该区域。

(4)未初始化数据(BSS)区:全局变量和静态变量未初始化的存储区域。未初始化的数据(BSS)区位于初始化数据区相邻的一个区。

(5)栈(stack)区:临时变量存储区。进程进入该程序块时为该局部变量分配内存空间,退出块时释放该空间；函数的参数也存储在该区域。

(6)堆(heap)区:动态申请内存分配存储区。程序执行new运算符时申请存储空间,执行delete运算符时释放相应的存储空间。

通常又将(3)和(4)区域称为静态存储区，5和6区域称为动态存储区

3 变量生命期和作用域的举例

下面给出阐述上述问题的实际应用例子，它包括：File1.cpp、Jbjthshu.cpp和hshuMain.cpp三个文件。

3.1 File1.cpp

//File1.cpp

#include

int Iqjbl=123;//外部变量定义

extern double Dqjbl;//外部全局变量的说明

extern float Fstatic;//外部静态全局变量说明

void Display()//Display()函数定义

{cout≪"在Display()函数中，全局变量Dqjbl的值为："≪Dqjbl≪endl;

//cout≪"在Display()函数中，静态全局变量Fstatic的值为："≪Fstatic≪endl;错误

}

3.2 Jbjthshu.cpp

//Jbjthshu.cpp

#include

void Jbjthshu(intx)

{inty=0;//局部变量初始化

static int Sjbjt=0;//局部静态变量初始化

Sjbjt++;//局部静态变量后置加1运算

cout≪"在Jbjthshu()函数中，函数参数x和局部变量y的值为：x="≪x≪",y="≪y≪endl;

cout≪"在Jbjthshu()函数中，局部静态变量Sjbjt的值为：Sjbjt="≪Sjbjt≪endl;

}

3.3 hshuMain.cpp

//hshuMain.cpp

#include

class Clock//时钟类的声明

{public://公有成员函数，外部公共接口

//Clock类的构造函数

Clock(int NewH,int NewM,int NewS)

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

void ShowTime()//Clock类的成员函数

{cout≪"现在是"≪Hour≪"小时"≪Minute≪"分钟"≪Second≪"秒钟。"≪endl;}

//私有数据成员

private: int Hour,Minute,Second;

};

extern Iqjbl;//外部变量的说明

extern void Display();//外部函数的说明

extern void Jbjthshu(int);//外部函数的说明

double Dqjbl=12.345;//外部变量定义初始化

//外部静态变量的定义及初始化

static float Fstatic=5.4321f;

int div(intx, inty)//外部函数的定义

{if (y==0) throwy;

returnx/y;

}

void main()

{cout≪"在main()主函数中，全局变量Iqjbl的值为："≪Iqjbl≪endl;//①

cout≪"在main()主函数中，静态全局变量Fstatic的值为："≪Fstatic≪endl;//②

Display();//③外部函数的调用

//④带参外部函数的调用

Jbjthshu(5);Jbjthshu(8);

int sum=0;//sum定义为局部变量

//⑤i定义为局部变量

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

cout≪"sum="≪sum≪endl;

//局部变量定义

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

cout≪"除数为零异常举例 ";

try//⑥异常监控程序段

{cout≪"8/2="≪div(a,b)≪endl;

cout≪"9/0="≪div(c,d)≪endl;

cout≪"7/3="≪div(x,y)≪endl;

}

//异常捕获程序段，int具有异常参数作用域

catch(int )

{cout≪"扑获了除数为'0'异常！"≪endl;}

//⑦输出局部变量i的值

cout≪"i="≪i≪endl;

cout≪"对象当前的时间是：";

//⑧设置时间为：7:0:0

Clock MyClock1(7,0,0);

//调用MyClock1对象ShowTime()输出时间

MyClock1.ShowTime();

}

4 变量生命期和作用域举例的说明

在上述例子中：

语句①引用的是File1.cpp文件的全局变量，要用“extern Iqjbl;”说明，也就是Iqjbl变量具有全局的存在性和全局的可见性。语句②引用的是本文件的静态全局变量，在本文件中引用，不需要说明；但在File1.cpp文件中不能引用，即Fstatic变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见性。语句①、②的输出为：

在main()主函数中，全局变量Iqjbl的值为：123

在main()主函数中，静态全局变量Fstatic的值为：5.4321

语句③调用File1.cpp文件的函数，需要“extern void Display();”语句进行函数说明。在Display()函数中，调用了外部变量Dqjbl，要“extern double Dqjbl;”外部变量说明，但静态全局变量Fstatic即使用“extern float Fstatic;”进行了说明也不能进行引用，其原因是该变量在其它文件中的可见性为不可见。该语句的输出为：

“在Display()函数中，全局变量Dqjbl的值为：12.345”。

语句④两次调用Jbjtbl()函数，第1次调用Jbjthshu(5)函数，输出为：

“在Jbjtbl()函数中，函数参数x和局部变量y的值为：x=5,y=0”

“在Jbjtbl()函数中，局部静态变量Sjbbl的值为：Sjbjt=1”。

第2次调用Jbjthshu(8)函数，输出为：

“在Jbjthshu()函数中，函数参数x和局部变量y的值为：x=8,y=0”

“在Jbjthshu()函数中，局部静态变量Sjbbl的值为：Sjbjt=2”。

Jbjthshu()函数的形参x和函数的局部变量y都具有该函数的生命期和作用域，即它们在该函数中有存在性和可见性。而局部静态变量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该函数的可见性。

语句⑤，在for语句中定义了局部变量i，其后通过“sum+=i；”进行累加，sum的值输出为：

“sum=55”。

语句⑥，通过try{……}实施对异常监控，有异常发生时，该监控段抛出异常对象，由“catch(int )”对异常对象进行捕获，其catch(int )的参数就具有异常参数作用域，也就是该参数只有在该程序段才具有可见性。其输出为：

“除数为零异常举例”

“8/2=4”

“扑获了除数为'0'异常！”

语句⑦，输出局部变量i的值，其输出值为：

“i=11”

此i是语句⑤在for语句中定义的局部变量，其生命期及作用域均从定义点开始到本局部的结束，也就是其存在性和可见性都是局部的。

语句⑧，创建一个“Clock MyClock1(7,0,0);”对象，本语句将在MyClock1对象中设置其类中的数据成员“Hour、Minute和Second;”分别为：7:0:0。该类的数据成员“Hour、Minute和Second”具有类族的存在性和可见性。其输出为：

“对象当前的时间是：现在是7小时0分钟0秒钟”。

需要注意：

(1)在hshuMain.cpp文件的main函数for(inti=1;i<11;i++)中的inti具有从定义点开始到本函数结束的生命期和作用域；但在Java语言中，i变量只具有本语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本函数的作用域。

5 结束语

变量或对象的存在性表明一个变量或对象是否存在；变量或对象的可见性则是指变量或对象存在的情况下能否被引用；对于一个变量或对象而言：“存在的不一定可见，可见的一定存在”。

[1] 赵海廷等编著.C++引言程序设计教程[M].北京：清华大学出版社,2014.

[2] 严运国,赵海廷主编.C++程序设计基础[M].北京：科学出版社,2005.

[3] 赵海廷,严运国主编.C++程序设计基础导学[M].北京：科学出版社,2006.

[4] 赵海廷主编.C++语言程序设计[M].北京：北京理工大学出版社,2009

(责任编辑：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

赵魁奎(1981～)，男，大学，工程师.E-mail：28712870@qq.com

TP312

A

1671-3524(2016)04-0037-04