C語言中局部變量和全局變量變量的存儲(chǔ)類別(static,extern,auto,register)
1.局部變量和全局變量
在討論函數(shù)的形參變量時(shí)曾經(jīng)提到，形參變量只在被調(diào)用期間才分配內(nèi)存單元，調(diào)用結(jié)束立即釋放。這一點(diǎn)表明形參變量只有在函數(shù)內(nèi)才是有效的，離開該函數(shù)就不能再使用了。這種變量有效性的范圍稱變量的作用域。不僅對(duì)于形參變量，Ｃ語言中所有的量都有自己的作用域。變量說明的方式不同，其作用域也不同。Ｃ語言中的變量，按作用域范圍可分為兩種，即局部變量和全局變量。
1.1局部變量
局部變量也稱為內(nèi)部變量。局部變量是在函數(shù)內(nèi)作定義說明的。其作用域僅限于函數(shù)內(nèi)，離開該函數(shù)后再使用這種變量是非法的。
【例1.1】
int f1(int a) /*函數(shù)f1*/
{
int b,c;
}
a,b,c有效
int f2(int x) /*函數(shù)f2*/
{
int y,z;
}
x,y,z有效
int main(void)
{
int m,n;
}
m,n有效
在函數(shù)f1內(nèi)定義了三個(gè)變量，a為形參，b,c為一般變量。在 f1的范圍內(nèi)a,b,c有效，或者說a,b,c變量的作用域限于f1內(nèi)。同理，x,y,z的作用域限于f2內(nèi)。m,n的作用域限于main函數(shù)內(nèi)。關(guān)于局部變量的作用域還要說明以下幾點(diǎn)：
1)主函數(shù)中定義的變量也只能在主函數(shù)中使用，不能在其它函數(shù)中使用。同時(shí)，主函數(shù)中也不能使用其它函數(shù)中定義的變量。因?yàn)橹骱瘮?shù)也是一個(gè)函數(shù)，它與其它函數(shù)是平行關(guān)系。這一點(diǎn)是與其它語言不同的，應(yīng)予以注意。
2)形參變量是屬于被調(diào)函數(shù)的局部變量，實(shí)參變量是屬于主調(diào)函數(shù)的局部變量。
3)允許在不同的函數(shù)中使用相同的變量名，它們代表不同的對(duì)象，分配不同的單元，互不干擾，也不會(huì)發(fā)生混淆。如在前例中，形參和實(shí)參的變量名都為n，是完全允許的。
4)在復(fù)合語句中也可定義變量，其作用域只在復(fù)合語句范圍內(nèi)。
【例1.2】
int main(void)
{
int s,a;
{
int b;
s=a+b;
/*b作用域*/
}
/*s,a作用域*/
}
【例1.3】
int main(void)
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
printf("%d/n",k);
}
printf("%d/n",k);
}
本程序在main中定義了i,j,k三個(gè)變量，其中k未賦初值。而在復(fù)合語句內(nèi)又定義了一個(gè)變量k，并賦初值為8。應(yīng)該注意這兩個(gè)k不是同一個(gè)變量。在復(fù)合語句外由main定義的k起作用，而在復(fù)合語句內(nèi)則由在復(fù)合語句內(nèi)定義的k起作用。因此程序第4行的k為main所定義，其值應(yīng)為5。第7行輸出k值，該行在復(fù)合語句內(nèi)，由復(fù)合語句內(nèi)定義的k起作用，其初值為8，故輸出值為8，第9行輸出i，k值。i是在整個(gè)程序中有效的，第7行對(duì)i賦值為3，故以輸出也為3。而第9行已在復(fù)合語句之外，輸出的k應(yīng)為main所定義的k，此k值由第4行已獲得為5，故輸出也為5。
1.2全局變量
全局變量也稱為外部變量，它是在函數(shù)外部定義的變量。它不屬于哪一個(gè)函數(shù)，它屬于一個(gè)源程序文件。其作用域是整個(gè)源程序。在函數(shù)中使用全局變量，一般應(yīng)作全局變量說明。只有在函數(shù)內(nèi)經(jīng)過說明的全局變量才能使用。全局變量的說明符為extern。但在一個(gè)函數(shù)之前定義的全局變量，在該函數(shù)內(nèi)使用可不再加以說明。
【例1.4】
int a,b; /*外部變量*/
void f1() /*函數(shù)f1*/
{
……
}
float x,y; /*外部變量*/
int fz() /*函數(shù)fz*/
{
……
}
Int main(void) /*主函數(shù)*/
{
……
}
從上例可以看出a、b、x、y都是在函數(shù)外部定義的外部變量，都是全局變量。但x,y定義在函數(shù)f1之后，而在f1內(nèi)又無對(duì)x,y的說明，所以它們?cè)趂1內(nèi)無效。a,b定義在源程序最前面，因此在f1,f2及main內(nèi)不加說明也可使用。
【例1.5】輸入正方體的長(zhǎng)寬高l,w,h。求體積及三個(gè)面x*y,x*z,y*z的面積。
int s1,s2,s3;
int vs( int a,int b,int c)
{
int v;
v=a*b*c;
s1=a*b;
s2=b*c;
s3=a*c;
return v;
}
int main(void)
{
int v,l,w,h;
printf("/ninput length,width and height/n");
scanf("%d%d%d",&l,&w,&h);
v=vs(l,w,h);
printf("/nv=%d,s1=%d,s2=%d,s3=%d/n",v,s1,s2,s3);
}
【例1.6】外部變量與局部變量同名。
int a=3,b=5; /*a,b為外部變量*/
max(int a,int b) /*a,b為外部變量*/
{
int c;
c=a>b?a:b;
return(c);
}
int main(void)
{
int a=8;
printf("%d/n",max(a,b));
}
如果同一個(gè)源文件中，外部變量與局部變量同名，則在局部變量的作用范圍內(nèi)，外部變量被“屏蔽”，即它不起作用。
2.變量的存儲(chǔ)類別
2.1動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式與靜態(tài)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式
前面已經(jīng)介紹了，從變量的作用域（即從空間）角度來分，可以分為全局變量和局部變量。
從另一個(gè)角度，從變量值存在的作時(shí)間（即生存期）角度來分，可以分為靜態(tài)存儲(chǔ)方式和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式。
靜態(tài)存儲(chǔ)方式：是指在程序運(yùn)行期間分配固定的存儲(chǔ)空間的方式。
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式：是在程序運(yùn)行期間根據(jù)需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配存儲(chǔ)空間的方式。
用戶存儲(chǔ)空間可以分為三個(gè)部分：
1)程序區(qū)；
2)靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)；
3)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)；
全局變量全部存放在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)，在程序開始執(zhí)行時(shí)給全局變量分配存儲(chǔ)區(qū)，程序行完畢就釋放。在程序執(zhí)行過程中它們占據(jù)固定的存儲(chǔ)單元，而不動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分配和釋放；
動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)存放以下數(shù)據(jù)：
1)函數(shù)形式參數(shù)；
2)自動(dòng)變量（未加static聲明的局部變量）；
3) 函數(shù)調(diào)用實(shí)的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和返回地址；
對(duì)以上這些數(shù)據(jù)，在函數(shù)開始調(diào)用時(shí)分配動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，函數(shù)結(jié)束時(shí)釋放這些空間。
在c語言中，每個(gè)變量和函數(shù)有兩個(gè)屬性：數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類別。
2.2auto變量
函數(shù)中的局部變量，如不專門聲明為static存儲(chǔ)類別，都是動(dòng)態(tài)地分配存儲(chǔ)空間的，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)區(qū)中。函數(shù)中的形參和在函數(shù)中定義的變量（包括在復(fù)合語句中定義的變量），都屬此類，在調(diào)用該函數(shù)時(shí)系統(tǒng)會(huì)給它們分配存儲(chǔ)空間，在函數(shù)調(diào)用結(jié)束時(shí)就自動(dòng)釋放這些存儲(chǔ)空間。這類局部變量稱為自動(dòng)變量。自動(dòng)變量用關(guān)鍵字auto作存儲(chǔ)類別的聲明。
【例1.7】
int f(int a) /*定義f函數(shù)，a為參數(shù)*/
{
auto int b,c=3; /*定義b，c自動(dòng)變量*/
}
a是形參，b，c是自動(dòng)變量，對(duì)c賦初值3。執(zhí)行完f函數(shù)后，自動(dòng)釋放a，b，c所占的存儲(chǔ)單元。
關(guān)鍵字auto可以省略，auto不寫則隱含定為“自動(dòng)存儲(chǔ)類別”，屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式。
2.3用static聲明局部變量
有時(shí)希望函數(shù)中的局部變量的值在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后不消失而保留原值，這時(shí)就應(yīng)該指定局部變量為“靜態(tài)局部變量”，用關(guān)鍵字static進(jìn)行聲明。
【例1.8】考察靜態(tài)局部變量的值。
f(int a)
{
auto b=0;
static c=3;
b=b+1;
c=c+1;
return(a+b+c);
}
int main(void)
{
int a=2,i;
for(i=0;i<3;i++)
printf("%d",f(a));
}
對(duì)靜態(tài)局部變量的說明：
1)靜態(tài)局部變量屬于靜態(tài)存儲(chǔ)類別，在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)分配存儲(chǔ)單元。在程序整個(gè)運(yùn)行期間都不釋放。而自動(dòng)變量（即動(dòng)態(tài)局部變量）屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)類別，占動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)空間，函數(shù)調(diào)用結(jié)束后即釋放。
2)靜態(tài)局部變量在編譯時(shí)賦初值，即只賦初值一次；而對(duì)自動(dòng)變量賦初值是在函數(shù)調(diào)用時(shí)進(jìn)行，每調(diào)用一次函數(shù)重新給一次初值，相當(dāng)于執(zhí)行一次賦值語句。
3)如果在定義局部變量時(shí)不賦初值的話，則對(duì)靜態(tài)局部變量來說，編譯時(shí)自動(dòng)賦初值0（對(duì)數(shù)值型變量）或空字符（對(duì)字符變量）。而對(duì)自動(dòng)變量來說，如果不賦初值則它的值是一個(gè)不確定的值。
【例1.9】打印1到5的階乘值。
int fac(int n)
{
static int f=1;
f=f*n;
return(f);
}
int main(void)
{
int i;
for(i=1;i<=5;i++)
printf("%d!=%d/n",i,fac(i));
}
2.4register變量
為了提高效率，C語言允許將局部變量得值放在CPU中的寄存器中，這種變量叫“寄存器變量”，用關(guān)鍵字register作聲明。
【例2.0】使用寄存器變量。
int fac(int n)
{
register int i,f=1;
for(i=1;i<=n;i++)
f=f*I;
return(f);
}
int main(void)
{
int i;
for(i=0;i<=5;i++)
printf("%d!=%d/n",i,fac(i));
}
說明：
1) 只有局部自動(dòng)變量和形式參數(shù)可以作為寄存器變量；
2)一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的寄存器數(shù)目有限，不能定義任意多個(gè)寄存器變量；
3)局部靜態(tài)變量不能定義為寄存器變量。
2.5用extern聲明外部變量
外部變量（即全局變量）是在函數(shù)的外部定義的，它的作用域?yàn)閺淖兞慷x處開始，到本程序文件的末尾。如果外部變量不在文件的開頭定義，其有效的作用范圍只限于定義處到文件終了。如果在定義點(diǎn)之前的函數(shù)想引用該外部變量，則應(yīng)該在引用之前用關(guān)鍵字extern對(duì)該變量作“外部變量聲明”。表示該變量是一個(gè)已經(jīng)定義的外部變量。有了此聲明，就可以從“聲明”處起，合法地使用該外部變量。
【例2.1】用extern聲明外部變量，擴(kuò)展程序文件中的作用域。
int max(int x,int y)
{
int z;
z=x>y?x:y;
return(z);
}
int main(void)
{
extern A,B;
printf("%d/n",max(A,B));
}
int A=13,B=-8;
說明：在本程序文件的最后1行定義了外部變量A，B，但由于外部變量定義的位置在函數(shù)main之后，因此本來在main函數(shù)中不能引用外部變量A，B。現(xiàn)在我們?cè)趍ain函數(shù)中用extern對(duì)A和B進(jìn)行“外部變量聲明”，就可以從“聲明”處起，合法地使用該外部變量A和B。
