Mdr-C-Tutorial

主题

15.2 生存期 ​

对象的生存期 (Lifetime) 描述“一个对象在何时存在”。它与“存储期” (Storage duration) 密切相关，但二者不是同一个概念。

1. 生存期的开始与结束 ​

在标准层面，一个对象的生存期大体可以概括为：

  1. 开始：对象获得存储，并完成必要的初始化之后；
  2. 结束：对象的存储被释放，或对象由于作用域结束而不再存在之后。

当对象的生存期结束后，再通过指向它的指针去访问该对象，通常是未定义行为 (Undefined Behavior, UB)。

2. 四类存储期 (Storage duration) ​

每个对象都有存储期。C（C11 起）有四类存储期：

  1. 自动存储期 (Automatic storage duration)：块作用域内、未使用 static 的对象，通常在进入块时创建、离开块时销毁。
  2. 静态存储期 (Static storage duration)：文件作用域对象、或块作用域内声明为 static 的对象，从程序开始到程序结束都存在。
  3. 线程存储期 (Thread storage duration)：以 _Thread_local（C11）或 thread_local（C23）声明的对象，在线程开始到线程结束期间存在。
  4. 分配存储期 (Allocated storage duration)：通过动态内存分配获得的存储（malloc/free 等）。

更偏“声明规则”的角度见：15.3 存储期 链接。

3. 常见例子 ​

3.1 自动对象：离开作用域即结束 ​

c
int* f(void) {
    int x = 1;
    return &x; // 返回悬垂指针：离开函数后 x 的生存期结束
}

3.2 静态对象：整个程序期间存在 ​

c
int* g(void) {
    static int x = 1;
    return &x; // OK：x 具有静态存储期
}

3.3 字符串字面量：静态存储期 ​

字符串字面量（例如 "abc"）对应的存储具有静态存储期。注意：修改字符串字面量的内容是 UB。

3.4 动态分配：malloc 与 free ​

c
#include <stdlib.h>

int main(void) {
    int* p = malloc(sizeof *p);
    if (p == NULL) {
        return 1;
    }

    *p = 42;
    free(p);

    /* 此后 p 指向的存储已被释放，继续解引用是 UB。 */
    return 0;
}

4. 习题 ​

#11513
⚡1⏳2

写一个函数返回自动存储期对象的地址，并解释为什么这是 UB；再写一个修正版本（例如使用 static 或动态分配），并说明两种修正的差异。

#11514
⚡1⏳2

写一个程序：

  1. 返回一个指向字符串字面量的指针；
  2. 尝试修改字符串字面量；
  3. 解释为什么这会触发 UB。
#11515
⚡1⏳2

写一个程序：分配一段动态内存，写入数据后 free，再把指针设为 NULL。解释“设为 NULL”能防止哪一类 bug，防不了哪一类 bug。

对象的创建与结束 ​

存储期决定对象的创建与结束

自动存储期对象通常在进入块时创建、离开块时结束；静态存储期对象贯穿整个程序执行；线程存储期对象与对应线程同寿命；动态分配存储由 malloc 一族函数管理，并通过 free 显式释放。

c
#include <stdio.h>

static int counter = 0;

void step(void) {
    int local = 1;
    counter += local;
    printf("counter = %d\n", counter);
}

int main(void) {
    step();
    step();
    return 0;
}

可能的输出（示例）：

bash

counter = 1 counter = 2