c - 返回指针时，什么时候数据需要是静态的？

Question

我注意到我想对有关指针和变量的问题进行解答，这并不是真正的问题，但我想了解详细信息。简而言之，为了绕过使用全局变量，我已经开始让函数返回指向函数内部数据的指针。有时，该数据需要是静态的，而其他时候则不是。

例如，假设我有一个函数，该函数创建2d char数组，并在其中填充“ a”并返回指向该数组的指针。当调用者尝试使用该指针访问和修改2d数组所在的内存时，将出现随机数据，而不是2d数组的内容。我发现将2d数组声明为static可以解决此问题，因为该数组的内容保存在其作用域之外。

现在，另一方面，我有一个声明结构的函数，并使用值对其进行初始化。然后，该函数返回指向该struct变量的指针。尝试通过指针访问结构的值时，调用方应该具有无意义的数据，但有趣的是，没有。我认为就像在2d数组的情况下一样，在函数调用之后，由于struct不是静态的，因此应该释放该内存中的数据。但是，事实并非如此，尽管它不是静态的，但我可以通过指针访问所有结构的元素。

总体而言，在函数完成之后，只要该数据是静态的（在2d数组情况下），调用方就可以访问和修改在该函数中创建的变量的数据，但是有时变量的数据会保留在范围之外，即使不是标记为静态（结构用例）。为什么？

Answer 1

您对在char或struct的二维数组中出现的数据的观察在函数返回后是否持续存在，是偶然的结果，而不是C标准定义的行为，您可能不依赖它们。它们仅仅是C编译器在特定情况下的行为的产物。在其他情况下，它们可能会更改，并且可能无法依赖。

每当您提供要在函数返回后使用的对象时（例如通过返回指向该对象的指针），该对象都不得具有自动存储期限。它可以具有静态存储持续时间，分配的存储持续时间或线程存储持续时间。

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，也根本不使用“全局”来描述对象。在C标准中，您认为变量是标识符和对象。标识符是对象的名称，而对象是可以表示值的数据存储区。

C标准是否保证某个对象可以在特定时间使用取决于对象的生存期。生存期是指在程序执行期间对象存在于C语言的计算模型中。生命周期部分取决于其存储持续时间。存储时间取决于定义或创建对象的方式和位置。

寿命还受对象标识符范围的影响。范围是在源代码中可见（可以使用）标识符的位置。范围和生存期之间存在关系，但是它们是截然不同的东西。

有四个存储期限（还有一个特殊的临时存储期限，我将不在这里讨论）：


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。它的生命周期从创建线程开始，到线程执行结束时结束。因此，只要函数的线程仍在执行，就可以在函数返回后使用它。
否则，如果使用static或extern或在函数参数的任何块或列表之外（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。它存在于整个程序执行过程中，因此在执行过程中可以随时使用。
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。它与在其中声明的语句块相关联。（一个块是括号内的一系列语句，{ ... }。这可以是定义函数或嵌套在其中的块的主要块。）其寿命在执行时结束关联的块末端。 C标准不能保证在块的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，该函数的执行（包括其中的块）会暂时挂起，但不会结束。 （当函数返回时，执行结束，或者调用了诸如abort，exit或longjmp之类的特殊例程。）这意味着在执行子例程时该对象仍然存在。即使子例程中的源代码的作用域与调用函数的作用域不同，也是如此。

由于上述原因，声明您不能使用超出其范围的对象的语句是错误的。范围不是确定是否可以访问对象的决定因素。终生是。

对于第四个存储期限：


具有分配的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）。分配的对象从分配的时间扩展到释放的时间。因此，如果函数分配了一个对象并返回指向该对象的指针，则该指针可用于访问该对象，直到释放该对象为止。