在主存储器中的循环内分配局部变量

问题描述

假设我有一个 for 循环和一个局部变量：

for(int i=0;i<10;i++){ // Outer loop

    int p[10]; // Local variable

    for(int j=1;j<10;j++){ // Inner loop
    
        p[j] = p[j-1]+1;
    }
}

当所有编译器优化都关闭时，很明显，对于外循环的第一次迭代，数组p将被分配到主内存中。

但是，分配给 p 的内存是否在外循环的第一迭代结束时在主内存中释放并分配在外循环的后续迭代开始后再次？

在我看来，循环的范围和方法的范围是不同的。函数执行完毕后，局部变量被释放，内存返回给操作系统。

但是 for 循环，当作用域在每次迭代结束时结束时，局部变量不会因为它们在不久的将来（后续迭代）中使用而被释放。只有在循环结束后才执行，局部变量才应该从主内存中释放。

如有错误请指正。

解决方法

C++ 的行为是根据抽象机器定义的。在这台机器中，从每个进入块的开始（块中代码的执行开始）到块的执行结束，具有自动存储持续时间的对象的内存都被保证存在。与 int p[10] 关联的块是由 { 紧跟在 for(int I=0;i<10;i++) 之后创建的块。此块的执行在 for 循环的每次迭代中开始和结束。

虽然编译器很可能通过分配一次堆栈空间来实现这个循环（可能是在它所在的函数启动时，而不仅仅是在到达 for 循环时），因此用于实现的内存int p[10] 保持分配给整个循环，而不仅仅是每次迭代，程序的行为是根据抽象机定义的。

这意味着虽然堆栈空间仍然保留，但编译器的优化不需要以这种方式运行。优化可能会导致代码在每次迭代中“忘记”p 元素中的值。

例如，如果我们在 macOS 10.14.6 和 -O3 -std=c++17 上使用 Apple Clang 11.0 执行此代码：

    int p[10];
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        if (i == 0)
            p[0] = 0;
        else
            p[0] = p[0]+1;
        for (int j = 1; j < 10; j++)
        {
            p[j] = p[j-1] + 1;
        }
        if (i == 9)
            std::cout << p[0] << '\n';
    }

则输出为“9”，因为 p[0] 在第一次迭代中设置为 0，并在以后的每次迭代中递增。但是，我们将 int p[10]; 移动到循环内，输出为“0”，因为编译器优化没有在迭代之间保留 p[0] 的值。

p 的作用域是外循环，因此每次迭代时它都会在堆栈上被销毁和重新创建。唯一未被销毁的变量是 i，但直到外循环完成。当 i=0 时的 int p[10]; 不同于当 i=1 时的 int p[10]; 等等，所以当 i=1 时，之前的 p 已经消失了。任何其他优化（或假设）都依赖于编译器、架构等。

澄清一下，p 存在于堆栈中，其作用域将决定何时释放内存（与堆上的变量不同）。

可能有点吹毛求疵，但请使用现代 C++ 容器，例如 std::array 或 std::vector，而不是原始的普通 C 数组。

要改进资源管理，请查看 RAII。

c++loops memory-management scope