变量的生存期和存储分配
1.变量的生存期
变量是内存空间的一种抽象，程序中定义的每个变量在运行时都有与之对应的内存空间。
C++把变量占有的内存空间的时间段称为生存期，分为三类：静态生存期、动态生存期、自动生存期。
- 全局变量具有静态生存期；
- 局部变量和函数的参数一般具有自动生存期；
- 对于具有动态生存期的变量，其内存空间一般用new操作分配，用delete操作收回，这样的变量称为动态变量，动态变量具有动态生存期。
定义局部变量时，可以加上存储类型修饰符：auto、static或register来显式地指出他们的生存周期。
- 局部变量的默认存储类型为auto；
- 定义static存储类型的局部变量具有静态生存期；
- 定义register存储类的局部变量也具有自动生存期，与auto存储类的局部变量的区别在于register是建议编译程序将相应的局部变量的空间分配在CPU的存储器中，目的是提高对局部变量的访问效率，当然，register类型的局部变量的存储空间也可以在CPU的寄存器中，或者内存中。
在C++程序中，定义的一个变量如果没有初始化，对于具有静态生存期的变量（全局变量、static存储类的局部变量），程序会隐式地自动把他们按位模式初始化为0；对于其他变量，编译程序不会初始化，初始值为内存空间已有的值，具有不确定性。
2.作用
- 自动的局部变量起到节省内存空间的作用，当包含auto存储类的局部变量的函数调用结束后，其中的自动局部变量的内存就被收回了。
- static存储类的局部变量的作用是，能在函数调用时获得上一次调用结束时该局部变量的值，即能在函数多次调用之间得以保留。
特别注意的是，static存储类的局部变量如果在定义中初始化，则该初始化只在函数第一次调用时进行，后面的调用中不再初始化，它的值为上一次调用结束时的值，受函数封装的保护。
3.存储的分配
当一个程序运行时，操作系统会为其分配一个内存空间，包括四个部分：静态数据区（static data）、代码区（code）、栈区（stack）和堆区（heap，或称自由存储区，free store），如下图所示（不同操作系统的顺序会不同）。
在程序的内存空间中：
- 静态数据区用于全局变量、static存储类的局部变量以及变量的内存分配；
- 代码区用于存放程序的指令，对于C++，代码区存放的是所有函数的代码；
- 栈区用于auto存储类的局部变量、函数的参数，及函数调用时的有关信息（如函数的返回地址等）的内存分配；
- 堆区用于动态变量的内存分配
静态数据区和代码区的大小是固定的，而栈区和堆区的大小将会随着程序的运行不断变化，不过，操作系统对于程序的栈区和堆区的最大值有一定的限制。
4.基于栈的函数调用的实现
函数调用是通过栈来实现的，栈是一种元素个数可变的线性数据结构。其元素的增加和减少只能在某一端进行。
- 在C++函数调用时，调用者在栈中为形参和函数返回地址分配空间，并将函数中实参的值和调用后的返回地址放入所分配的栈空间中；
- 函数调用中，被调用的函数在栈中为自动存储类的局部变量分配空间，并从栈中（通过形参）获得调用者提供的数据（实参的值）；
- 函数调用后，被调用者释放局部变量的栈空间，并根据栈空间的返回地址返回到调用点（存储返回地址的栈空间将被释放）；
- 调用者释放形参占用的的栈空间，然后继续执行调用之后的操作。
堆栈顺序：形参->函数返回地址->函数内的auto局部变量
