Классы памяти

Модификаторы (спецификаторы) классов памяти используются для управления временем жизни и областью видимости программных объектов. Чаще всего они применяются к переменным. Например, формат определения переменной включает в себя возможность указания класса памяти переменной:

[< класс памяти >] < тип данных > < идентификатор > [< инициализация >]

В языке C++ определены 4 основные класса памяти:

• auto

• register

• static

• extern

Спецификатор autoиспользуется при определении локальных объектов (переменных внутри функций или блоков). Указание класса памятиautoиспользуется крайне редко, поскольку по умолчанию (когда класс памяти не указывается) все локальные переменные являются автоматическими, т.е. принадлежат классу памятиauto. Объекты, имена которых объявляются со спецификаторомauto, размещаются в динамически распределяемой памяти (в стеке) непосредственно перед началом выполнения функции или блока операторов. При выходе из блока или при возвращении из функции, соответствующая область памяти освобождается и все ранее размещённые в ней объекты уничтожаются. Таким образом, спецификатор влияет на время жизни объекта (это время локально). Например:

void F ( int i )

{

int j = 20;

if ( i == 10 )

{

double Pi = 3.14;

……..

}

}

В этой функции все переменные (i, j, Pi) являются локальными автоматическими объектами. Переменныеiи jсоздаются в памяти в начале выполнения функции и уничтожаются при выходе из функции. Время жизни и область видимости этих переменных одинаковы и соответствуют всему телу функции. ПеременнаяPiсоздается в памяти, когда начинает выполняться соответствующий блок инструкцииif, и уничтожаются при выходе из этого блока.

Спецификатор registerиспользуется довольно часто для увеличения быстродействия программы. Этот спецификатор “просит” компилятор поместить соответствующую переменную в памяти так, чтобы доступ к ней осуществлялся как можно быстрее. Регистровые переменные размещаются либо в регистрах процессора, либо в кэш-памяти компьютера. Поскольку объем такой памяти ограничен, компилятор эту “просьбу” может и не выполнить. В этом случае регистровые переменные создаются как обычные автоматические переменные. Пример определения регистровой переменной:

register double d = 1.23;

С помощью спецификатора класса памяти externосуществляется обращение к глобальным переменным, определенным либо в других файлах проекта, либо далее в этом же файле. Например:

void F ()

{

extern int ArrSize;

……..

}

………

int ArrSize = 100;

………

Когда компилятор встречает спецификатор extern, он не создает в памяти новую переменную, а пытается найти переменнуюArrSizeдалее в этом файле, а затем в других файлах проекта. Если такая глобальная переменная находится, то она и используется в функцииF. Говорят, что строкаextern int ArrSize; является объявлением переменной (переменная только объявляется, но не создается в памяти), а строкаint ArrSize = 100; - определением переменной, при котором создается сама переменная.

Спецификатор static позволяет определять переменные, имеющие глобальное время жизни (они существуют до конца работы программы), но ограниченную область видимости. С точки зрения области видимостиstatic-переменные делятся на два вида:

• локальные static-переменные, определяемые внутри функций;

• внешние static-переменные, определяемые вне функций.

Локальные static-переменные определяются внутри функций и после своего определения существуют до конца работы программы, сохраняя свои значения. После завершения функции они не уничтожаются и сохраняют свои значения до следующего вызова этой функции. Область видимости таких переменных ограничена только блоком функции, в которой они определены, и в других функциях они не видны. Хорошей иллюстрацией использования локальных статических переменных является функция для получения текущего среднего значения числовой последовательности, вычисляемого в процессе ввода элементов этой последовательности:

double Srednee ( int n );

int main ()

{

setlocale (0, "");

int n;

do

{

cin >> n;

if ( n >= 0 )

cout << "Среднее значение: " << Srednee ( n );

cout << endl;

}

while ( n >= 0 );

return 0;

}

double Srednee ( int n )

{

static int Sum = 0, Count = 0;

++ Count;

Sum += n;

return double ( Sum ) / Count;

}

Локальные static-переменныеSum иCountинициализируются значениями0один раз при первом вызове функцииSrednee. Затем их значения изменяются, и эти измененные значения после завершения работы функции сохраняются до ее следующего вызова.

Альтернативным решением этой задачи является использование глобальных переменных. Однако использование глобальных переменных чревато нежелательными побочными эффектами, связанными с возможными скрытыми изменениями их значений в других функциях программы.

Внешние static-переменные определяются вне функций. Они, так же как и локальныеstatic-переменные имеют глобальное время жизни. Но их область видимости ограничена файлом проекта, в котором они определены (они могут быть доступны только в функциях, расположенных в этом же файле и не видны из других файлов проекта). Таким образом, их можно рассматривать как глобальные переменные с областью видимости, ограниченной файлом, в котором они определены.

Спецификатор staticможно применять и к функциям.