C言語基礎｜自動記憶域期間と静的記憶域期間

C言語基礎｜自動記憶域期間と静的記憶域期間

C言語の変数って、「宣言したらずっと生きてる」わけじゃないんです。
ある変数は関数を抜けた瞬間に消えるし、ある変数はプログラム終了までずっと残り続けます。

この“変数の寿命”を表す考え方が 記憶域期間（storage duration）。
ここを理解すると、次のようなモヤモヤが一気に晴れます。

• 関数を呼び出すたびに、変数が毎回0に戻るのはなぜ？
• static を付けると、なぜ前回の値を覚えているの？
• グローバル変数がずっと生きてるのはなぜ？

記憶域期間とは？

記憶域期間＝オブジェクト（変数）がいつ作られて、いつ破棄されるか です。
有効範囲（scope）が「名前が通用する範囲」だったのに対して、記憶域期間は「実体が生きてる期間」です。

有効範囲と記憶域期間の違い

自動記憶域期間（automatic storage duration）

関数の中で、普通に宣言した変数はだいたいこれです。

自動記憶域期間の特徴

• 宣言位置に到達したときに生成
• ブロックを抜けると破棄
• 初期化しなければ 不定値（ゴミ値の可能性）

例（イメージ）

void f(void)
{
    int a = 0;  // ここに来たら生成されて0で初期化
}              // ここでaは破棄

静的記憶域期間（static storage duration）

次の2つは静的記憶域期間になります。

• 関数の外で宣言された変数（いわゆるグローバル変数）
• 関数の中でも static を付けて宣言した変数

静的記憶域期間の特徴

• main実行前の準備段階で生成
• プログラム終了まで存在
• 初期化しなければ 自動的に0で初期化（配列なら全要素0）

サンプルプログラム

元の ax / sx / fx ではなく、呼び出し回数カウンタの例に変えます。
「毎回リセットされるカウンタ」と「覚えているカウンタ」を並べて比較します。

自動と静的の違いを確認する

プロジェクト名：chap6-21-1　ソースファイル名：chap6-21-1.c

// 自動記憶域期間と静的記憶域期間（呼び出し回数の比較）

#include <stdio.h>

int total_calls = 0;   // 静的記憶域期間（ファイル有効範囲）

void report(void)
{
    static int saved = 0;  // 静的記憶域期間（ブロック有効範囲）
    int reset = 0;         // 自動記憶域期間（ブロック有効範囲）

    printf("reset=%d  saved=%d  total_calls=%d\n", reset++, saved++, total_calls++);
}

int main(void)
{
    puts("reset saved total_calls");
    puts("----------------------");

    for (int i = 0; i < 5; i++)
        report();

    puts("----------------------");
    return 0;
}

実行イメージ

reset saved total_calls
----------------------
reset=0  saved=0  total_calls=0
reset=0  saved=1  total_calls=1
reset=0  saved=2  total_calls=2
reset=0  saved=3  total_calls=3
reset=0  saved=4  total_calls=4
----------------------

なぜこうなる？をイメージで理解しよう

変数が「いつ作られ」「いつ消える」か

プログラム開始前
  total_calls と saved が生成される（0で初期化）

main開始
  i が生成される（ループ用）

report呼び出し（1回目）
  reset が生成される（0で初期化）
  表示 → resetは1になる
report終了
  reset は破棄される

report呼び出し（2回目）
  reset がまた生成される（0で初期化に戻る）
  saved と total_calls は前回の続き

補足（図のポイント）

• reset は report の中だけに存在する “はかない命”
  → 呼び出すたびに作り直されるので、毎回0から
• saved は static 付きなので “ずっと生きる”
  → 1回目は0、2回目は1…と増え続ける
• total_calls は関数の外なので “ずっと生きる”
  → saved と同じく増え続ける

自動と静的のまとめ

オブジェクトの記憶域期間

登場する命令の書式と役割

今回出てきた要素まとめ

auto と register について（今どきの感覚で）

• auto は書いても書かなくても同じ（昔の名残）
• register は「レジスタに置いてね」というお願い
  ただし今はコンパイラ最適化が賢いので、実務ではほぼ使いません

例（意味はあるが、今は出番少なめ）

register int k = 0;

静的記憶域期間は「勝手に0初期化」される

静的記憶域期間の変数は、初期化を書かなくても 0 に初期化されます。
（数値型は0、doubleは0.0、配列は全要素0）

演習問題

演習6-14：配列の0初期化確認

静的記憶域期間をもつ int 配列 data の全要素が 0 で初期化されることを確認するプログラムを作成せよ。
要素数は 4 とする。

解答例

プロジェクト名：chap6-21-1　ソースファイル名：chap6-21-1.c

#include <stdio.h>

static int data[4];   // 全要素が0で初期化される

int main(void)
{
    for (int i = 0; i < 4; i++)
        printf("data[%d] = %d\n", i, data[i]);

    return 0;
}

解説
data は static 付きなので静的記憶域期間です。初期化子を書かなくても、main開始前に全要素が0になります。
もし同じことを関数内の普通の配列（自動記憶域期間）でやると、初期化しない限り不定値になり得ます。

演習6-15：呼び出し回数の表示

関数 show_count を作成せよ。呼び出されるたびに、1回目、2回目、3回目…と表示する。
関数の形は次のとおり。

void show_count(void);

解答例

プロジェクト名：chap6-21-2　ソースファイル名：chap6-21-2.c

#include <stdio.h>

void show_count(void)
{
    static int count = 0;
    count++;
    printf("show_count : %d回目\n", count);
}

int main(void)
{
    show_count();
    show_count();
    show_count();
    return 0;
}

解説
count を static にすることで、show_count を抜けても count の値が保持されます。
もし static を付けないと、毎回countが作り直されて同じ表示になってしまいます。