返回指针时，数据什么时候需要是静态的？

Question

我注意到一些关于指针和变量的问题，但我想了解详细信息。简单地说，绕过使用全局变量，我已经开始让函数返回指向函数内部数据的指针。有时，这些数据需要是静态的，有时则不需要。

例如，假设我有一个函数，它创建一个 2d 字符数组，用 'a' 填充它并返回一个指向该数组的指针。当调用者尝试使用该指针访问和修改二维数组所在的内存时，随机数据在那里而不是二维数组的内容。我发现将二维数组声明为静态可以解决此问题，因为数组的内容保存在其范围之外。

另一方面，假设我有一个声明结构的函数，并用值对其进行初始化。然后该函数返回一个指向该结构变量的指针。当试图通过指针访问结构的值时，调用者应该有无意义的数据，但有趣的是，它没有。我认为就像二维数组的情况一样，在函数调用之后，由于结构不是静态的，因此应该释放该内存中的数据。然而，它不是那样的，相反，我可以通过指针访问所有结构的元素，尽管它不是静态的。

总的来说，函数完成后，调用者可以访问和修改在该函数中创建的变量的数据，只要该数据是静态的（在二维数组的情况下），但有时变量的数据会保留在范围之外尽管没有被标记为静态（结构案例）。为什么？

Answer 1

您对二维数组char 或struct 中的数据在函数返回后是否持续存在的观察是偶然的结果，而不是C 标准定义的行为，您可能不依赖在他们。它们只是您的 C 编译器在特定情况下的行为方式的产物。它们在其他情况下可能会发生变化，并且可能不可靠。

只要你提供一个在函数返回后使用的对象（如通过返回一个指向该对象的指针），它就不能有自动存储持续时间。它可能有静态存储时长、分配存储时长或线程存储时长。

首先，让我们澄清一些术语。这对于理解概念很重要。 C 标准不使用术语“全局变量”。它通常不使用“变量”来描述对象，并​​且根本不使用“全局”来描述它们。你认为的变量是，在 C 标准中，一个 identifier 和一个 object。标识符是对象的名称，对象是可以表示值的数据存储区域。

C 标准是否保证对象可以在某个时间使用取决于对象的生命周期。生命周期是在程序执行期间对象存在在 C 计算模型中。生命周期部分取决于其存储持续时间。存储持续时间取决于对象的定义或创建方式和位置。

生命周期也受对象标识符的范围影响。范围是其中在源代码中标识符是可见（可以使用）。范围和生命周期之间存在关系，但它们是截然不同的东西。

有四种存储时长（还有一个特殊的临时存储时长，这里我不讨论）：

• 如果使用_Thread_local 声明标识符，则其对象具有线程存储持续时间。它的生命周期从线程创建时开始，到线程执行结束时结束。所以只要它的线程还在执行，它就可以在函数返回后使用。
• 否则，如果使用static 或extern 或在任何块或函数参数列表之外（实际上在任何函数之外）声明标识符，则其对象具有静态存储持续时间。它存在于程序的整个执行过程中，因此可以在执行期间的任何时间使用。
• 否则，对于对象的任何标识符（而不是类型定义、函数等），其对象具有自动存储期限。它与声明它的语句块相关联。（块是花括号内的一系列语句，{ ... }。这可以是定义函数的主块或嵌套在其中的块。）它的生命周期在执行时结束相关联的块结束。 C 标准不保证当您在块执行结束后尝试使用自动对象时会发生什么。

请注意，当函数调用子例程时，函数的执行（包括其中的块）会暂时暂停，但不会结束。 （当函数返回时，执行结束，或者像abort、exit 或longjmp 这样的特殊例程被调用。）这意味着在子例程执行时对象仍然存在。即使子例程中的源代码具有与调用函数不同的范围也是如此。

由于上述原因，说您不能在其范围之外使用对象的陈述是错误的。 范围不是对象是否可以访问的决定因素。终生。

第四个存储期限：

• 具有分配存储持续时间的对象由malloc、calloc、realloc 和aligned_alloc 创建，并且没有名称（标识符）。分配的对象从分配时延伸到解除分配时。因此，如果一个函数分配一个对象并返回一个指向它的指针，则该指针可用于访问该对象，直到该对象被释放。