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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「編程珠璣」，作者守望先生。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系編程珠璣公眾號(hào)。
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前言
這些是編程語言中的基本概念，如果你還不是非常明確地清楚標(biāo)題的問題，并且不知道作用域，鏈接屬性，存儲(chǔ)期等概念的具體含義，那么本文你不該錯(cuò)過。為了更加清晰的理解我們的問題，需要先了解三個(gè)概念：作用域，鏈接屬性，存儲(chǔ)期。
作用域
C語言中，作用域用來描述標(biāo)識(shí)符能夠被哪些區(qū)域訪問。
而常見作用域有以下幾種：
- 塊作用域，可見范圍是從定義處到包含該定義的塊結(jié)尾
- 函數(shù)作用域，goto語句的標(biāo)簽就具有函數(shù)作用域
- 文件作用域，從定義處到定義該文件的末尾都可見。定義在函數(shù)之外的變量，就具有文件作用域了。
- 函數(shù)原型作用域，從形參定義處到原型聲明結(jié)束
為了便于說明，我們來看一個(gè)例子，就很容易理解了：
- /****************************
- 作者：守望先生
- 來源：公眾號(hào)編程珠璣
- 個(gè)人博客：https://www.yanbinghu.com
- ***************************************/
- #include
- int num1 = 222; //定位在函數(shù)外，具有文件作用域
- static int num2 = 111; //定義在函數(shù)外，具有文件作用域
- int swap(int *a,int *b); //這里的a，b是函數(shù)原型作用域
- int swap(int *a,int *b)
- {
- if(NULL== a || NULL == b)
- goto error;
- else
- {
- int temp = *a; //定義在函數(shù)內(nèi)，塊作用域
- *a = *b;
- *b = temp;
- return 0;
- }
- //printf("temp is %d\n",temp); //因?yàn)閠emp具有塊作用域，因此在這里不能直接使用
- error://goto語句的標(biāo)簽，函數(shù)作用域,因此在前面就可以引用
- {
- printf("input para is NULL\n");
- return -1;
- }
- }
- int main(void)
- {
- printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2);
- swap(&num1,&num2); //num1 num2具有文件作用域，可以在main函數(shù)中直接使用
- printf("num1=%d,num2=%d",num1,num2);
- return 0;
- }
可以看到，error標(biāo)簽具有函數(shù)作用域，整個(gè)函數(shù)內(nèi)都可見，而temp具有塊作用域，因此在大括號(hào)外部，不能直接使用它。而num1和num2具有文件作用域，因此main函數(shù)可以直接使用它。
鏈接屬性
在《hello程序是如何變成可執(zhí)行文件的》我們說到了編譯的過程，最后一個(gè)步驟就是鏈接。鏈接屬性決定了在不同作用域的同名標(biāo)識(shí)符能否綁定到同一個(gè)對(duì)象或者函數(shù)?；蛘哒f，不同作用域的標(biāo)識(shí)符在編譯后是否是同一個(gè)實(shí)體。
c變量有三種鏈接屬性：
- 外部鏈接，extern修飾的，或者沒有static修飾的具有文件作用域的變量具有外部鏈接屬性
- 內(nèi)部鏈接，static修飾的具有文件作用域的變量具有內(nèi)部鏈接屬性
- 無鏈接，塊作用域，函數(shù)作用域和函數(shù)原型作用域的變量無鏈接屬性
再稍作解釋，沒有static修飾，且具有文件作用域的變量，他們?cè)阪溄訒r(shí)，多個(gè)同名標(biāo)識(shí)符的變量最終都綁定到同一個(gè)實(shí)體。而static修飾的具有文件作用域的變量就不一樣了，不同文件內(nèi)，即便標(biāo)識(shí)符名字相同，它們也綁定到了不同的實(shí)體。
因此，如果我們希望某個(gè)變量或函數(shù)只在某一個(gè)文件使用，那么使用static修飾是一個(gè)很好的做法。
同樣的，來看一個(gè)例子。
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- 作者：守望先生
- 來源：公眾號(hào)編程珠璣
- 個(gè)人博客：https://www.yanbinghu.com
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- #include
- int a = 5; //文件作用域，外部鏈接屬性，其他文件可通過extern int a的方式使用該文件的a
- static b = 6; //文件作用域，內(nèi)部鏈接屬性，即便其他文件也有同名標(biāo)識(shí)符，它們也是不同的
- int main(void)
- {
- int sum = 0 ; //無鏈接屬性
- sum = a + b;
- printf("sum is %d\n",sum);
- return 0;
- }
從代碼中可以看到，a和b都具有文件作用域，a具有外部鏈接屬性，而b具有內(nèi)部鏈接屬性，sum具有塊作用域，因此無鏈接屬性。
存儲(chǔ)期
實(shí)際上作用域和鏈接屬性都描述了標(biāo)識(shí)符的可見性，而存儲(chǔ)期則描述了這些標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的對(duì)象的生存期。存儲(chǔ)期，也分下面幾種：
- 靜態(tài)存儲(chǔ)期，程序執(zhí)行期間一直都在，文件作用域的變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)期
- 自動(dòng)存儲(chǔ)期，它(變長數(shù)組除外)從塊開始，到塊末尾，因此，塊作用域的變量具有自動(dòng)存儲(chǔ)期，它在棧中存儲(chǔ)，需要顯式初始化。
- 動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)期，即通過malloc分配內(nèi)存的變量。它在堆中存儲(chǔ)，需要顯式初始。
- 線程存儲(chǔ)期，從名字可以知道， 它與線程相關(guān)，使用關(guān)鍵字_Thread_local聲明的變量具有線程存儲(chǔ)期，它從聲明到線程結(jié)束一直存在。
- 關(guān)于初始化，可參考《C語言入坑指南-被遺忘的初始化》。
同樣地，我們通過下面的代碼來更好地理解存儲(chǔ)期
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- 作者：守望先生
- 來源：公眾號(hào)編程珠璣
- 個(gè)人博客：https://www.yanbinghu.com
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- #include
- int num1 = 222; //靜態(tài)存儲(chǔ)期
- static int num2 = 111; //靜態(tài)存儲(chǔ)期
- int add(int a,int b)
- {
- static int tempSum = 0; //靜態(tài)存儲(chǔ)期
- tempSum = tempSum + a + b;
- return tempSum;
- }
- int main(void)
- {
- printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2);
- int sum = 0; //自動(dòng)存儲(chǔ)期
- sum = add(num1,num2);
- printf("first time sum=%d\n",sum);//sum = 333
- sum = add(num1,num2);
- printf("second time sum=%d\n",sum); //sum = 666
- return 0;
- }
另外，如果我們通過nm命令查看編譯出來的程序文件的符號(hào)表，我們可以找到num1，num2，tempSum，而沒有sum，前者所用的內(nèi)存數(shù)量在編譯時(shí)就確定了。
- $ gcc -g -o lifetime lifetime.c
- $ nm lifetime|grep num1
- 0000000000601038 D num1
- $ nm lifetime|grep num2
- 000000000060103c d num2
- $ nm lifetime|grep tempSum
- 0000000000601044 b tempSum.2289
- $ nm lifetime|grep sum
- $
什么全局變量，局部變量，靜態(tài)局部變量，靜態(tài)全局變量
到這里，我們就可以很容易區(qū)分上面的變量類型了。實(shí)際上這里只是換了一種說法：
全局：具有文件作用域的變量
靜態(tài)：具有靜態(tài)存儲(chǔ)期或內(nèi)部鏈接屬性
局部：具有函數(shù)或塊作用域的變量
因而結(jié)合起來，也就很好理解了。
- 局部變量：函數(shù)或塊作用域的變量
- 靜態(tài)局部變量：函數(shù)或塊作用域,靜態(tài)存儲(chǔ)期
- 全局變量：具有文件作用域的變量
- 靜態(tài)全局變量：內(nèi)部鏈接屬性的，具有文件作用域的變量
當(dāng)然，這僅僅是為了區(qū)分它們，這并不是它們的嚴(yán)格定義。更好的方法，是通過代碼來理解：
- #include
- int num1 = 222; //全局變量
- static int num2 = 111; //靜態(tài)全局變量
- int add(int a,int b)
- {
- static int tempSum = 0; //靜態(tài)局部變量
- tempSum = tempSum + a + b;
- return tempSum;
- }
- int main(void)
- {
- printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2);
- int sum = 0; //局部變量
- sum = add(num1,num2);
- printf("first time sum=%d\n",sum);//sum = 333
- return 0;
- }
總結(jié)
本文總結(jié)如下：
- 具有文件作用域的變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)期，并且具有鏈接屬性
- 不希望其他文件訪問的文件作用域變量最好使用static修飾
- static關(guān)鍵字的含義需要結(jié)合上下文來理解
- 如果可以，全局變量應(yīng)該盡量避免使用，因?yàn)樗赡軒碜兞勘灰馔庑薷?/li>
- 使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存通常比棧內(nèi)存慢，但是棧內(nèi)存很有限
參考
https://en.wikipedia.org/wiki/Global_variables
https://en.wikipedia.org/wiki/Local_variable
《C11標(biāo)準(zhǔn)文檔》
作者:守望，linux應(yīng)用開發(fā)者，目前在公眾號(hào)【編程珠璣】分享Linux/C/C++/數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法/工具等原創(chuàng)技術(shù)文章和學(xué)習(xí)資源。
當(dāng)前題目：學(xué)了這么久的C，作用域，存儲(chǔ)器，鏈接屬性該弄清楚了
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