C語言中局部變數和全域變數在記憶體中的存放位置

 

C語言中局部變數和全域變數變數的儲存類別(static,extern,auto,register)

 

1.局部變數和全域變數

在討論函數的形參變數時曾經提到，形參變數只在被調用期間才分配記憶體單元，調用結束立即釋放。這一點表明形參變數只有在函數內才是有效，離開該函數就不能再使用了。這種變數有效性的範圍稱變數的範圍。不僅對於形參變數，Ｃ語言中所有的量都有自己的範圍。變數說明的方式不同，其範圍也不同。Ｃ語言中的變數，按範圍範圍可分為兩種，即局部變數和全域變數。

1.1局部變數

   局部變數也稱為內部變數。局部變數是在函數內作定義說明的。其範圍僅限於函數內，離開該函數後再使用這種變數是非法的。

【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內定義了三個變數，a為形參，b,c為一般變數。在 f1的範圍內a,b,c有效，或者說a,b,c變數的範圍限於f1內。同理，x,y,z的範圍限於f2內。m,n的範圍限於main函數內。關於局部變數的範圍還要說明以下幾點：

     1)主函數中定義的變數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數。因為主函數也是一個函數，它與其它函數是平行關係。這一點是與其它語言不同的，應予以注意。

     2)形參變數是屬於被調函數的局部變數，實參變數是屬於主調函數的局部變數。

     3)允許在不同的函數中使用相同的變數名，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，形參和實參的變數名都為n，是完全允許的。

     4)在複合陳述式中也可定義變數，其範圍只在複合陳述式範圍內。

【例1.2】

int main(void)

{

       int s,a;

      {

              int b;

              s=a+b;

             /*b範圍*/

       }

/*s,a範圍*/

}

【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);

}

     本程式在main中定義了i,j,k三個變數，其中k未賦初值。而在複合陳述式內又定義了一個變數k，並賦初值為8。應該注意這兩個k不是同一個變數。在複合陳述式外由main定義的k起作用，而在複合陳述式內則由在複合陳述式內定義的k起作用。因此程式第4行的k為main所定義，其值應為5。第7行輸出k值，該行在複合陳述式內，由複合陳述式內定義的k起作用，其初值為8，故輸出值為8，第9行輸出i，k值。i是在整個程式中有效，第7行對i賦值為3，故以輸出也為3。而第9行已在複合陳述式之外，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全域變數

全域變數也稱為外部變數，它是在函數外部定義的變數。它不屬於哪一個函數，它屬於一個來源程式檔案。其範圍是整個來源程式。在函數中使用全域變數，一般應作全域變數說明。只有在函數內經過說明的全域變數才能使用。全域變數的說明符為extern。但在一個函數之前定義的全域變數，在該函數內使用可不再加以說明。

【例1.4】

   int a,b;          /*外部變數*/

    void f1()         /*函數f1*/

    {

      ……

    }

   float x,y;         /*外部變數*/

    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數，都是全域變數。但x,y定義在函數f1之後，而在f1內又無對x,y的說明，所以它們在f1內無效。a,b定義在來源程式最前面，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】外部變數與局部變數同名。

int a=3,b=5;     /*a,b為外部變數*/

max(int a,int b) /*a,b為外部變數*/

{

    int c;

    c=a>b?a:b;

    return(c);

}

 int main(void)  

{

    int a=8;

    printf("%d\n",max(a,b));

}

    如果同一個源檔案中，外部變數與局部變數同名，則在局部變數的作用範圍內，外部變數被“屏蔽”，即它不起作用。

 

2.變數的儲存類別

2.1動態儲存裝置方式與靜態動態儲存裝置方式

    前面已經介紹了，從變數的範圍（即從空間）角度來分，可以分為全域變數和局部變數。

    從另一個角度，從變數值存在的作時間（即生存期）角度來分，可以分為靜態儲存方式和動態儲存裝置方式。

    靜態儲存方式：是指在程式運行期間分配固定的儲存空間的方式。

    動態儲存裝置方式：是在程式運行期間根據需要進行動態分配儲存空間的方式。

    使用者儲存空間可以分為三個部分：

        1)程式區；

         2)靜態儲存區；

        3)動態儲存裝置區；

    全域變數全部存放在靜態儲存區，在程式開始執行時給全域變數分配儲存區，程式行完畢就釋放。在程式執行過程中它們佔據固定的儲存單元，而不動態地進行分配和釋放；

    動態儲存裝置區存放以下資料：

        1)函數形式參數；

        2)自動變數（未加static聲明的局部變數）；

        3) 函數調用實的現場保護和返回地址；

    對以上這些資料，在函數開始調用時分配動態儲存裝置空間，函數結束時釋放這些空間。

    在c語言中，每個變數和函數有兩個屬性：資料類型和資料的儲存類別。

 

2.2auto變數

函數中的局部變數，如不專門聲明為static儲存類別，都是動態地分配儲存空間的，資料存放區在動態儲存裝置區中。函數中的形參和在函數中定義的變數（包括在複合陳述式中定義的變數），都屬此類，在調用該函數時系統會給它們分配儲存空間，在函數調用結束時就自動釋放這些儲存空間。這類局部變數稱為自動變數。自動變數用關鍵字auto作儲存類別的聲明。

【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自動變數*/

}

a是形參，b，c是自動變數，對c賦初值3。執行完f函數後，自動釋放a，b，c所佔的儲存單元。

關鍵字auto可以省略，auto不寫則隱含定為“自動儲存類別”，屬於動態儲存裝置方式。

 

2.3用static聲明局部變數

有時希望函數中的局部變數的值在函數調用結束後不消失而保留原值，這時就應該指定局部變數為“靜態局部變數”，用關鍵字static進行聲明。

【例1.8】考察靜態局部變數的值。

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++)