C語言中局部變量和全局變量變量的存儲類別(static,extern,auto,register)
1.局部變量和全局變量
在討論函數的形參變量時曾經提到，形參變量只在被調用期間才分配內存單元，調用結束立即釋放。這一點表明形參變量只有在函數內才是有效的，離開該函數就不能再使用了。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
局部變量也稱為內部變量。局部變量是在函數內作定義說明的。其作用域僅限于函數內，離開該函數后再使用這種變量是非法的。
【例1.1】
int f1(int a) /*函數f1*/
{
int b,c;
}
a,b,c有效
int f2(int x) /*函數f2*/
{
int y,z;
}
x,y,z有效
int main(void)
{
int m,n;
}
m,n有效
在函數f1內定義了三個變量，a為形參，b,c為一般變量。在 f1的范圍內a,b,c有效，或者說a,b,c變量的作用域限于f1內。同理，x,y,z的作用域限于f2內。m,n的作用域限于main函數內。關于局部變量的作用域還要說明以下幾點：
1)主函數中定義的變量也只能在主函數中使用，不能在其它函數中使用。同時，主函數中也不能使用其它函數中定義的變量。因為主函數也是一個函數，它與其它函數是平行關系。這一點是與其它語言不同的，應予以注意。
2)形參變量是屬于被調函數的局部變量，實參變量是屬于主調函數的局部變量。
3)允許在不同的函數中使用相同的變量名，它們代表不同的對象，分配不同的單元，互不干擾，也不會發生混淆。如在前例中，形參和實參的變量名都為n，是完全允許的。
4)在復合語句中也可定義變量，其作用域只在復合語句范圍內。
【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三個變量，其中k未賦初值。而在復合語句內又定義了一個變量k，并賦初值為8。應該注意這兩個k不是同一個變量。在復合語句外由main定義的k起作用，而在復合語句內則由在復合語句內定義的k起作用。因此程序第4行的k為main所定義，其值應為5。第7行輸出k值，該行在復合語句內，由復合語句內定義的k起作用，其初值為8，故輸出值為8，第9行輸出i，k值。i是在整個程序中有效的，第7行對i賦值為3，故以輸出也為3。而第9行已在復合語句之外，輸出的k應為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，它是在函數外部定義的變量。它不屬于哪一個函數，它屬于一個源程序文件。其作用域是整個源程序。在函數中使用全局變量，一般應作全局變量說明。只有在函數內經過說明的全局變量才能使用。全局變量的說明符為extern。但在一個函數之前定義的全局變量，在該函數內使用可不再加以說明。
【例1.4】
int a,b; /*外部變量*/
void f1() /*函數f1*/
{
……
}
float x,y; /*外部變量*/
int fz() /*函數fz*/
{
……
}
Int main(void) /*主函數*/
{
……
}
從上例可以看出a、b、x、y都是在函數外部定義的外部變量，都是全局變量。但x,y定義在函數f1之后，而在f1內又無對x,y的說明，所以它們在f1內無效。a,b定義在源程序最前面，因此在f1,f2及main內不加說明也可使用。
【例1.5】輸入正方體的長寬高l,w,h。求體積及三個面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，外部變量被“屏蔽”，即它不起作用。
2.變量的存儲類別
2.1動態存儲方式與靜態動態存儲方式
前面已經介紹了，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。
從另一個角度，從變量值存在的作時間（即生存期）角度來分，可以分為靜態存儲方式和動態存儲方式。
靜態存儲方式：是指在程序運行期間分配固定的存儲空間的方式。
動態存儲方式：是在程序運行期間根據需要進行動態的分配存儲空間的方式。
用戶存儲空間可以分為三個部分：
1)程序區；
2)靜態存儲區；
3)動態存儲區；
全局變量全部存放在靜態存儲區，在程序開始執行時給全局變量分配存儲區，程序行完畢就釋放。在程序執行過程中它們占據固定的存儲單元，而不動態地進行分配和釋放；
動態存儲區存放以下數據：
1)函數形式參數；
2)自動變量（未加static聲明的局部變量）；
3) 函數調用實的現場保護和返回地址；
對以上這些數據，在函數開始調用時分配動態存儲空間，函數結束時釋放這些空間。
在c語言中，每個變量和函數有兩個屬性：數據類型和數據的存儲類別。
2.2auto變量
函數中的局部變量，如不專門聲明為static存儲類別，都是動態地分配存儲空間的，數據存儲在動態存儲區中。函數中的形參和在函數中定義的變量（包括在復合語句中定義的變量），都屬此類，在調用該函數時系統會給它們分配存儲空間，在函數調用結束時就自動釋放這些存儲空間。這類局部變量稱為自動變量。自動變量用關鍵字auto作存儲類別的聲明。
【例1.7】
int f(int a) /*定義f函數，a為參數*/
{
auto int b,c=3; /*定義b，c自動變量*/
}
a是形參，b，c是自動變量，對c賦初值3。執行完f函數后，自動釋放a，b，c所占的存儲單元。
關鍵字auto可以省略，auto不寫則隱含定為“自動存儲類別”，屬于動態存儲方式。
2.3用static聲明局部變量
有時希望函數中的局部變量的值在函數調用結束后不消失而保留原值，這時就應該指定局部變量為“靜態局部變量”，用關鍵字static進行聲明。
【例1.8】考察靜態局部變量的值。
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));
}
對靜態局部變量的說明：
1)靜態局部變量屬于靜態存儲類別，在靜態存儲區內分配存儲單元。在程序整個運行期間都不釋放。而自動變量（即動態局部變量）屬于動態存儲類別，占動態存儲空間，函數調用結束后即釋放。
2)靜態局部變量在編譯時賦初值，即只賦初值一次；而對自動變量賦初值是在函數調用時進行，每調用一次函數重新給一次初值，相當于執行一次賦值語句。
3)如果在定義局部變量時不賦初值的話，則對靜態局部變量來說，編譯時自動賦初值0（對數值型變量）或空字符（對字符變量）。而對自動變量來說，如果不賦初值則它的值是一個不確定的值。
【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) 只有局部自動變量和形式參數可以作為寄存器變量；
2)一個計算機系統中的寄存器數目有限，不能定義任意多個寄存器變量；
3)局部靜態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）是在函數的外部定義的，它的作用域為從變量定義處開始，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。如果在定義點之前的函數想引用該外部變量，則應該在引用之前用關鍵字extern對該變量作“外部變量聲明”。表示該變量是一個已經定義的外部變量。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main之后，因此本來在main函數中不能引用外部變量A，B。現在我們在main函數中用extern對A和B進行“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。
