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变量范围

 www.zhblog.net  2020-12-26

在 C 中，谈到变量范围（scope）涉及许多层次，可以谈到很复杂，这边先谈谈全局变量（Global variable）、局部变量（Local variable）与区块变量（Block variable）。

全局变量是指直接定义在（主）函数之外的变量，这个变量在整个程序之中都可见，例如：

const double PI = 3.14159;

doule area(double r) {
    return r * r * PI;
}

int main(void) {
    // .....
    return 0;
}

在这个例子中，PI这个变量可以在主函数main与函数area使用，全局变量最好只用来定义一些常数，或者是确实具有全局概念的变量，不应为了方便而草率地将变量设为全局变量，否则会发生命名空间重叠等问题；全局变量的生命周期始于程序开始，终止于程序结束。

局部变量是指函数中定义的变量，或是定义在参数列的参数，范围只在函数之内，例如在上例的main函数无法取用area函数的变量r，局部变量的生命周期始于函数执行，终止于函数执行完毕。

区块变量是指定义在某陈述区块中的变量，例如while循环区块，或是for循环区块，例如下面的变量i在循环结束之后，就不再有效：

for(int i = 0; i < 100; i++) {
    // ....
}

范围大的变量与范围小的变量同名状况时，范围小的变量会暂时覆盖（shadow）范围大的变量，称为变量覆盖，例如：

int i = 10;
for(int i = 0; i < 100; i++)  {
    // ...
}
printf("%d\n", i);

这个程序最后显示的i值是 10，执行循环时，循环中的i变量范围覆盖循环外的i变量；全局变量与局部变量同名时也是如此运作。

再来介绍static，这个关键字有两种不同的概念，内存模式与连结的方式，依使用的场合而有所不同。

就内存模式而言，变量定义时若加上static，执行时期会一直存在内存的固定位置，在不同 .c 文件顶层定义的变量，即使没有加上static，也是这种内存模式。

因此若在函数中定义static变量，代表着就算函数执行完毕，变量也不会消失。例如：

#include <stdio.h>

void count(); 

int main(void) { 
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        count(); 
    }

    return 0; 
} 

void count() { 
    static int c = 1; 
    printf("%d\n", c); 
    c++; 
}

执行结果：

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虽然变量c是在count函数定义，但是函数结束后，变量仍然有效，直到程序执行结束时才消失，虽然变量一直存在，但由于范围限于函数之中，函数外仍无法访问该变量。

就连结模式而言，得先来探讨一下，定义在另一个 .c 文件顶层范围中的变量，可以直接拿来用吗？默认是不可以的，然而，可以透过extern声明变量会在其他地方定义，例如：

foo.c

double v = 1000;
// ... 其他定义

main.c

#include <stdio.h>

int main() { 
    extern double v;
    printf("%f\n", v);

    return 0; 
}

在 main.c 中并没有定义v，只是以extern声明v是在其他地方定义，编译器会试着找出符合的v，结果在 foo.c 找到，因而会显示结果为 1000，要注意的是，extern声明v在其他位置定义，因此不能与初始化化使用。

#include <stdio.h>

int main() {
    extern double v = 2000; // error, `v' has both `extern' and initializer
    // ...
    return 0;
}

若要设定v变量，必须在extern声明之后：

#include <stdio.h>

int main() {
    extern double v;
    v = 2000; 
    // ...

    return 0;
}

定义在 .c 文件的函数，若非实现标头文件中定义的函数原型，默认是不能在另一个 .c 中使用的，若要使用得用extern定义，例如，若 a.c 中定义了void foo() {...}，main.c 要使用，必须用extern如下定义：

extern void foo();

定义在一个 .c 中的名称，可以只改为内部连结，也就是想表示它只用在该 .c 中，这时可以加上static，例如，若方才的 foo.c 中的v定义为：

foo.c

static double v = 1000;
// ... 其他定义

那么范畴就只局限在 foo.c 中了，不会被extern拿来连结。

函数若使用static修饰，表示内部连结，不会被extern拿来连结，如果想将函数实现定义在 .h 文件中，可以加上static修饰。例如：

// 定义在 .h 中
static void foo() {
    ...
}




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