详解C++中的自动存储

C++有3种管理数据内存的方式即自动存储（栈存储）、静态存储和动态存储（堆存储）。在不同的方式下，内存的分配形式和存在时间的长短都不同。

下面对自动存储进行说明。

自动存储（栈存储）

对于函数的形参、内部声明的变量及结构变量等，编译器将在函数执行时为形参自动分配存储空间，在执行到变量和结构变量等的声明语句时为其自动分配存储空间，因此称其为自动变量（Automatic Variable），有的教科书也称其为局部变量，在函数执行完毕返回时，这些变量将被撤销，对应的内存空间将被释放。

事实上，自动变量的生存期只局限于它所在的代码块。所谓代码块，是包含在花括号对中的一段代码，函数只是代码块的一种，比较下面两段代码。

代码段1

int add（int m,int n）

{

　　//z的生存期包括整个函数

　　int z=m+n；

　　return z；

}

代码段2

int add（int m,int n）

{

　　if（m！=0）

　　{

　　　　//z的生存期包括在这个代码块中

　　　　int z=m+n；

　　}

　　return z；//错误

}

在代码段1中，当函数返回时，变量z被撤销，对应内存空间被释放，但在代码段2中，在if代码块中声明的变量z，其生存期仅限于if结构的两个花括号之间，当程序执行到if结构的后花括号时，变量z已被撤销，其对应的内存空间被释放，此时，再执行“return z；”语句便会出错。

注意

理解代码块的含义十分重要，花括号不是判断代码块的唯一标准，把代码段2中if结构的花括号去掉，代码仍然是错误的，将“return z；”放在if结构中是正确的用法。

自动变量的生存期是局部的，这一特性使得程序员可以在不同的块内使用相同的变量名，用不着为使用不同的变量名绞尽脑汁。

1.什么是“栈”

栈（Stack）是一块存储区，而且是C++程序使用最频繁的存储区，其存储机理为“FILO”，即先进后出（First In,Last Out）。可以将其想象成一个装盘子的桶，最早放入的盘子在桶的底部，最晚放入的盘子在最顶部，取盘子时必须先从后放进去的盘子开始取，这就是所谓的先进后出原则。当一个代码块（包括函数，视为一种特殊的代码块）声明一个自动变量时，系统便为其在栈中开辟内存空间（常称“压入”push），该代码块结束后便将自动变量撤销，释放内存空间（常称“弹出”pop）。

注意

采用“栈”这种机制，C++程序能有效地节省所用内存空间。

2.auto关键字

auto是C++提供的存储类声明符，用于声明自动变量，除了auto声明符外，C++还提供了另外3个存储类声明符，分别是register（寄存器存储）、extern（外部存储）和static（静态存储）。在声明创建变量时，存储类声明符应放在数据类型声明符之前，如下所示。

存储类声明符 数据类型 变量名[=初始化表达式]

其中，初始化表达式是可选的，如下列代码声明创建了int型自动变量A，其只在函数demo（）执行期间存在，demo（）函数执行完毕后，变量A被撤销，对应内存被释放。

void demo（）

{

　　……

　　auto int A；

　　……

}

在前面给出的示例代码在声明自动变量时并没有加auto修饰符，实际上，auto常常可以默认，凡是在函数内部（不论是main（）函数还是其他函数）的，没有用其他显式的存储类型声明符，编译器都认为是auto型自动变量。

3.register关键字

除了auto外，还可以通过存储类声明符register来声明自动变量，与auto唯一的不同在于：关键字register通知编译器，用户希望通过CPU寄存器，而不是“栈”来处理某个变量，从而可以在一定程度上加快该变量的访问速度。

提示

一般来说，CPU对寄存器的访问要快过对内存的访问。

用register声明的变量常称为寄存器变量，举例来说，下列代码声明了int型寄存器变量sum，并将其初始化为9，如下所示。

register int sum=9；

需要注意的是，即使用register声明了某个变量，编译器也不一定会满足它的要求。因为，CPU寄存器可能被占用或者无法存储指定类型的数据等，而且，现在的编译器一般可以自动决定应把哪些变量放在CPU寄存器中，因此，在C++程序中，register关键字很少使用。

使用register关键字会带来一定的负面效果，不管是否能满足要求，编译器认为register型自动变量是存储在CPU寄存器中的，而寄存器是没有内存地址的，所以，不能对register型自动变量进行取地址操作，下列代码是错误的。

void demo（）

{

　　……

　　register int sum=0；

　　int*pSum=＆sum；

　　……

}

注意

事实上，用auto和register声明的变量除了存储位置不同（一个是“栈”，而另一个可能是“栈”也可能是CPU寄存器）外，并无其他差异，我们可以将其统称为自动变量来考虑。

4.自动变量的初始化

可以在声明自动变量时对其进行初始化，也可以使用任何具有确定值的表达式为自动变量赋值，下列语句都是合法的（假定n为int型自动变量）。

n=2；

n=5*m；//m的值确定

n=add（4，6）；

需要特别注意的是，如果没有在自动变量声明的同时对其初始化，其初始值是随机、不可预料的，为避免随机的初始值给程序带来麻烦，推荐在声明自动变量的同时对其显式初始化。

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