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深入探討C語言中局部變量與全局變量在內(nèi)存中的存放位置

更新時間：2013年05月27日 10:20:53 作者：

本篇文章是對在C語言中局部變量與全局變量在內(nèi)存中的存放位置進行了詳細(xì)的分析介紹，需要的朋友參考下

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(shù)的形參變量時曾經(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】

復(fù)制代碼代碼如下:

    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：
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，主函數(shù)中也不能使用其它函數(shù)中定義的變量。因為主函數(shù)也是一個函數(shù)，它與其它函數(shù)是平行關(guān)系。這一點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，它們代表不同的對象，分配不同的單元，互不干擾，也不會發(fā)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(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】

復(fù)制代碼代碼如下:

int main(void)
{
       int s,a;
      {
              int b;
              s=a+b;
             /*b作用域*/
       }
/*s,a作用域*/
}

【例1.3】

復(fù)制代碼代碼如下:

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(fù)合語句內(nèi)又定義了一個變量k，并賦初值為8。應(yīng)該注意這兩個k不是同一個變量。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(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。它不屬于哪一個函數(shù)，它屬于一個源程序文件。其作用域是整個源程序。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】

復(fù)制代碼代碼如下:

   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x,y的說明，所以它們在f1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】輸入正方體的長寬高l,w,h。求體積及三個面x*y,x*z,y*z的面積。

復(fù)制代碼代碼如下:

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。

復(fù)制代碼代碼如下:

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(nèi)，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(tài)存儲方式與靜態(tài)動態(tài)存儲方式
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(tài)存儲方式和動態(tài)存儲方式。
靜態(tài)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(tài)存儲方式：是在程序運行期間根據(jù)需要進行動態(tài)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(qū)；
2)靜態(tài)存儲區(qū)；
3)動態(tài)存儲區(qū)；
全局變量全部存放在靜態(tài)存儲區(qū)，在程序開始執(zhí)行時給全局變量分配存儲區(qū)，程序行完畢就釋放。在程序執(zhí)行過程中它們占據(jù)固定的存儲單元，而不動態(tài)地進行分配和釋放；
動態(tài)存儲區(qū)存放以下數(shù)據(jù)：
1)函數(shù)形式參數(shù)；
2)自動變量（未加static聲明的局部變量）；
3) 函數(shù)調(diào)用實的現(xiàn)場保護和返回地址；
對以上這些數(shù)據(jù)，在函數(shù)開始調(diào)用時分配動態(tài)存儲空間，函數(shù)結(jié)束時釋放這些空間。
在c語言中，每個變量和函數(shù)有兩個屬性：數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)的存儲類別。

2.2auto變量
函數(shù)中的局部變量，如不專門聲明為static存儲類別，都是動態(tài)地分配存儲空間的，數(shù)據(jù)存儲在動態(tài)存儲區(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)時系統(tǒng)會給它們分配存儲空間，在函數(shù)調(diào)用結(jié)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(guān)鍵字auto作存儲類別的聲明。
【例1.7】

復(fù)制代碼代碼如下:

int f(int a)         /*定義f函數(shù)，a為參數(shù)*/
{
    auto int b,c=3;     /*定義b，c自動變量*/
}

a是形參，b，c是自動變量，對c賦初值3。執(zhí)行完f函數(shù)后，自動釋放a，b，c所占的存儲單元。
關(guān)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(tài)存儲方式。

2.3用static聲明局部變量
有時希望函數(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進行聲明。
【例1.8】考察靜態(tài)局部變量的值。

復(fù)制代碼代碼如下:

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(tài)局部變量的說明：
1)靜態(tài)局部變量屬于靜態(tài)存儲類別，在靜態(tài)存儲區(qū)內(nèi)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(tài)局部變量）屬于動態(tài)存儲類別，占動態(tài)存儲空間，函數(shù)調(diào)用結(jié)束后即釋放。
2)靜態(tài)局部變量在編譯時賦初值，即只賦初值一次；而對自動變量賦初值是在函數(shù)調(diào)用時進行，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不賦初值的話，則對靜態(tài)局部變量來說，編譯時自動賦初值0（對數(shù)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。

復(fù)制代碼代碼如下:

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。

復(fù)制代碼代碼如下:

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(shù)可以作為寄存器變量；
2)一個計算機系統(tǒng)中的寄存器數(shù)目有限，不能定義任意多個寄存器變量；
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(shù)想引用該外部變量，則應(yīng)該在引用之前用關(guān)鍵字extern對該變量作“外部變量聲明”。表示該變量是一個已經(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，擴展程序文件中的作用域。

復(fù)制代碼代碼如下:

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?，F(xiàn)在我們在main函數(shù)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。

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