C语言学习笔记之(局部变量和全局变量)

在函数内部定义的变量称为局部变量。前面的实例中绝大多数的变量都是局部变量，其作用域仅仅局限于定义它的函数，无法被其他函数使用。

1. 主函数main中定义的变量也是局部变量，只在main函数中有效。main函数也不能使用其他函数中定义的变量。
2. 函数的形式参数也属于局部变量，作用范围仅限于函数内部。
3. 在复合语句内定义的变量也属于局部变量，只在本复合语句范围内有效。
4. 不同函数中，可以使用相同名字的局部变量，它们代表不同对象，互不干扰。

double f(int m,long n)
{
	long k;			变量m，n，k的作用域
	  ...
}
int main()
{
	int a,b,c;
	{
		int a;		变量a的作用域，主函数          变量a，b，c的作用域
	   	 ...		定义的a不起作用
	}
}

在函数之外定义的变量称为外部变量，外部变量就是全局变量。全局变量可以为本文件中其他函数所共有。它的有效范围为：从定义变量的位置开始，到本源程序文件结束。例如：

float k;
char f(int x,int y)
{	...
}
int a=2,b=3; 
main()
{		           全局变量a，b的作用域
	... 
}

例子：分析以下程序的运行结果。

#include <stdio.h>
int d=0;
fun(int p)
{
	int d=3;
	d+=p;
	printf("d=%d,p=%d\n",d,p);
}
int main()
{
	int a=2;
	fun(a);
	d+=a;
	printf("d=%d,a=%d\n",d,a);
	return 0;
}

上述程序中d为全局变量，在main函数中，起作用的是全局变量d。由于在fun函数中定义了局部变量d，故在fun函数中全局变量d无效，在fun函数中输出为“d=5,p=2”，在main函数中的输出为“d=2,a=2”。

二、变量的存储类别

变量的存储期是该变量在内存中的存在期。某些变量的存在是短暂的，有些变量会被反复地建立和撤销，而另外一些变量存在于程序的整个执行期间。根据变量存在期的不同，可以将变量的存储方式分为静态存储方式和动态存储方式。

静态存储方式是指在程序运行期间分配固定的存储空间，程序执行完毕才释放。动态存储方式是在程序运行期间根据需要动态地分配存储空间，一旦动态过程结束，不论程序结束与否，即释放存储空间。

C程序运行时所用的存储空间一般包括三部分：即程序区、静态存储区和动态存储区。其中，程序区用于存放用户程序，静态存储区用于存放全局变量、静态局部变量，动态存储区用于存放局部变量、函数形参变量、函数返回值等。另外，CPU中的寄存器用于存放寄存器变量。

在C语言中，每个变量和函数都有两个属性：数据类型和数据的存储类别。读者对数据类型已经十分熟悉了，下面着重介绍一下数据的存储类别。

C语言有四种变量存储类别声明符，用来通知编译程序采用哪种方式存储变量，这四种变量存储类别声明符是：auto（自动的）、static（静态的）、register（寄存器的）、extern（外部的）。

1.自动变量auto

自动变量是函数中使用最多的一种局部变量。因为建立和撤消这些变量，都是由系统自动进行的，所以称为自动变量。自动变量用关键字“auto”作存储类别的声明。例如：

auto int a,b=5; /定义自动变量a和b/

实际上，关键字“auto”可以省略，因此，上述定义等价为：

int a,b=5;

2.静态变量static

如果希望在函数调用结束后仍然保留其中定义的局部变量的值，则可以将局部变量定义为静态局部变量。静态局部变量用关键字“static”进行声明，其特点如下：

1. 静态局部变量是在静态存储区分配存储单元的。当一个变量被声明为静态时，即在编译时分配存储空间，在整个程序运行期间都不释放。因此，函数调用结束后，它的值并不消失，其值能够保持连续性。
2. 静态局部变量是在编译过程中赋初值的，且只赋一次初值，在程序运行时其初值已定，以后每次调用函数时，都不再赋初值，而是保留上一次函数调用结束时的结果。
3. 静态局部变量在定义时如果未赋初值，编译系统会把整型变量初始化为0，把实型变量初始化为0.0，把字符型变量初始化为'\0'。

3.例子：阅读以下程序，给出每一次调用过程的分析。

#include<stdio.h>
func(int a,int b)
{
	int i=2;
	static int m=0;
	i+=m+1;
	m=i+a+b;	
	return(m);
}
int main()
{
	int k=4,m=1,p;
	p=func(k,m);
	printf("%d\n",p);
	p=func(k,m);
	printf("%d\n",p);
	return 0;
}

主函数main中定义的k，m，p都为自动局部变量，第1次调用函数func时，将k等于4的值传给a，将m等于1的值传给b。func函数中的局部变量i的初值为2，m的初值为0，在函数调用结束时，i=i+m+1=3，m=i+a+b=8。返回m的值给main函数，故第一次输出为8。

由于func函数中的m被定义为静态局部变量，在函数调用结束后，它并不释放，仍保留m的值为8。在第2次调用func函数时，i的初值为2，而m的初值为8（上次调用结束时的值），在函数调用结束时，i=i+m+1=11，m=i+a+b=16。返回m的值给main函数，故第二次输出为16。

三、将全局变量的作用域扩展到其他文件

一个Ｃ程序可以由一个或多个源程序文件组成，在包括多个源程序文件的情况下，如果在一个文件中要引用其他文件中定义的全局变量，则应该在需要引用此变量的文件中，用extern进行说明。

1.例子：别编写两个文件模块，其中文件f1包含主函数，另一个文件f2包含子函数。在f1文件中定义外部变量a，b，c，在f2文件中用extern声明外部变量a，b，c，把变量的作用域扩展到f2文件中。

文件f1.c：
#include<stdio.h>
int a,b,c;					/*定义全局变量*/
int main()				/*主函数*/
{
	void f();				/*函数声明*/
	a=3;				/*给a和b赋值*/
	b=4;
	f();				/*调用f函数*/
	printf("c=%d\n",c);		/*输出c的值*/
}

文件f2.c：
extern int a,b,c;			/*把f1文件中已定义的全局变量的作用域扩展到本文件*/
void f()				/*定义函数实现c=a+b*/
{
	c=a+b;
}

1. 编译和运行包括多个文件的程序时，可用Visual C++ 6.0同时打开多个文件，然后分别编译每个文件，继而连接和运行即可。例如，上题中可同时打开f1.c和f2.c文件，然后分别编译f1.c和f2.c两个文件，这时编译器会自动建立工作区和项目文件，继而连接运行即可得到结果。

2. extern只能用来声明变量，不能用来定义变量，因为它不产生新的变量，只是声明该变量已在其他地方定义过。

3. extern不能用来初始化变量。例如：“extern int x=1;”是错误的。

四、将外部变量的作用域限制在本文件中

在设计程序时，如果希望在一个文件中定义的全局变量仅限于被本文件引用，而不能被其他文件引用，则可以在定义此全局变量时加一个static声明，例如：

static int x;

此时，全局变量的作用域仅限于本文件，在其他文件中即使进行了extern声明，也无法使用该变量。这种加上static声明的全局变量称为静态全局变量。

由表可以看出，自动变量和寄存器变量在函数内外的作用域和存在性都是一致的，即离开函数后，值就不能被引用了，也不存在了。静态局部变量的作用域和存在性不一致，离开函数后，变量值存在，但不能被引用。静态全局变量和外部变量的作用域和存在性也是一致的，在离开函数后变量值仍存在，且可被引用，不过静态全局变量只限本文件内引用。