變量的作用域

　　 在討論函數(shù)的形參變量時(shí)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(diǎn)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。

　　 一、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。

　　 例如：

int f1(int a) /*函數(shù)f1*/
{
int b,c;
……
}a,b,c作用域
int f2(int x) /*函數(shù)f2*/
{
int y,z;
}x,y,z作用域
main()
{
int m,n;
}

　　 m,n作用域 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(diǎn)：

　　 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(shí)，主函數(shù)中也不能使用其它函數(shù)中定義的變量。因?yàn)橹骱瘮?shù)也是一個函數(shù)，它與其它函數(shù)是平行關(guān)系。這一點(diǎn)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(shí)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。如在例5.3 中，形參和實(shí)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)。例如：

main()
{
int s,a;
……
{
int b;
s=a+b;
……b作用域
}
……s,a作用域
}[例5.11]main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i==3) printf(“%dn”,k);
}
printf(“%dn%dn”,i,k);
}
main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i=3) printf(“%dn”,k);
}
printf(“%dn%dn”,i,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。

　　 二、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。 例如：

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*/
{
……
}
main() /*主函數(shù)*/
{
……
}/*全局變量x,y作用域 全局變量a,b作用域*/

　　 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5.12]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;
}
main()
{
int v,l,w,h;
printf(“ninput length,width and heightn”);
scanf(“%d%d%d”,&l,&w,&h);
v=vs(l,w,h);
printf(“v=%d s1=%d s2=%d s3=%dn”,v,s1,s2,s3);
}

　　 本程序中定義了三個外部變量s1,s2,s3， 用來存放三個面積，其作用域?yàn)檎麄€程序。函數(shù)vs用來求正方體體積和三個面積， 函數(shù)的返回值為體積v。由主函數(shù)完成長寬高的輸入及結(jié)果輸出。由于C語言規(guī)定函數(shù)返回值只有一個， 當(dāng)需要增加函數(shù)的返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，用外部變量是一種很好的方式。本例中，如不使用外部變量， 在主函數(shù)中就不可能取得v,s1,s2,s3四個值。而采用了外部變量， 在函數(shù)vs中求得的s1,s2,s3值在main 中仍然有效。因此外部變量是實(shí)現(xiàn)函數(shù)之間數(shù)據(jù)通訊的有效手段。對于全局變量還有以下幾點(diǎn)說明：

　　 1. 對于局部變量的定義和說明，可以不加區(qū)分。而對于外部變量則不然，外部變量的定義和外部變量的說明并不是一回事。外部變量定義必須在所有的函數(shù)之外，且只能定義一次。其一般形式為： [extern] 類型說明符 變量名，變量名… 其中方括號內(nèi)的extern可以省去不寫。

　　 例如： int a,b;

　　 等效于：

　　 extern int a,b;

　　 而外部變量說明出現(xiàn)在要使用該外部變量的各個函數(shù)內(nèi)， 在整個程序內(nèi)，可能出現(xiàn)多次，外部變量說明的一般形式為： extern 類型說明符 變量名，變量名，…； 外部變量在定義時(shí)就已分配了內(nèi)存單元， 外部變量定義可作初始賦值，外部變量說明不能再賦初始值， 只是表明在函數(shù)內(nèi)要使用某外部變量。

　　 2. 外部變量可加強(qiáng)函數(shù)模塊之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系， 但是又使函數(shù)要依賴這些變量，因而使得函數(shù)的獨(dú)立性降低。從模塊化程序設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看這是不利的， 因此在不必要時(shí)盡量不要使用全局變量。

　　 3. 在同一源文件中，允許全局變量和局部變量同名。在局部變量的作用域內(nèi)，全局變量不起作用。

　　 [例5.13]

int vs(int l,int w)
{
extern int h;
int v;
v=l*w*h;
return v;
}
main()
{
extern int w,h;
int l=5;
printf(“v=%d”,vs(l,w));
}
int l=3,w=4,h=5;

　　 本例程序中，外部變量在最后定義， 因此在前面函數(shù)中對要用的外部變量必須進(jìn)行說明。外部變量l，w和vs函數(shù)的形參l，w同名。外部變量都作了初始賦值，mian函數(shù)中也對l作了初始化賦值。執(zhí)行程序時(shí)，在printf語句中調(diào)用vs函數(shù)，實(shí)參l的值應(yīng)為main中定義的l值，等于5，外部變量l在main內(nèi)不起作用；實(shí)參w的值為外部變量w的值為4，進(jìn)入vs后這兩個值傳送給形參l，wvs函數(shù)中使用的h 為外部變量，其值為5，因此v的計(jì)算結(jié)果為100，返回主函數(shù)后輸出。變量的存儲類型各種變量的作用域不同， 就其本質(zhì)來說是因變量的存儲類型相同。所謂存儲類型是指變量占用內(nèi)存空間的方式， 也稱為存儲方式。

　　 變量的存儲方式可分為“靜態(tài)存儲”和“動態(tài)存儲”兩種。

　　 靜態(tài)存儲變量通常是在變量定義時(shí)就分定存儲單元并一直保持不變， 直至整個程序結(jié)束。5.5.1節(jié)中介紹的全局變量即屬于此類存儲方式。動態(tài)存儲變量是在程序執(zhí)行過程中，使用它時(shí)才分配存儲單元， 使用完畢立即釋放。 典型的例子是函數(shù)的形式參數(shù)，在函數(shù)定義時(shí)并不給形參分配存儲單元，只是在函數(shù)被調(diào)用時(shí)，才予以分配， 調(diào)用函數(shù)完畢立即釋放。如果一個函數(shù)被多次調(diào)用，則反復(fù)地分配、 釋放形參變量的存儲單元。從以上分析可知， 靜態(tài)存儲變量是一直存在的， 而動態(tài)存儲變量則時(shí)而存在時(shí)而消失。我們又把這種由于變量存儲方式不同而產(chǎn)生的特性稱變量的生存期。 生存期表示了變量存在的時(shí)間。 生存期和作用域是從時(shí)間和空間這兩個不同的角度來描述變量的特性，這兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。 一個變量究竟屬于哪一種存儲方式， 并不能僅從其作用域來判斷，還應(yīng)有明確的存儲類型說明。

　　 在C語言中，對變量的存儲類型說明有以下四種：

　　 auto　　　　 自動變量
　　 register 　　寄存器變量
　　 extern 　　　外部變量
　　 static 　　　靜態(tài)變量

　　 自動變量和寄存器變量屬于動態(tài)存儲方式， 外部變量和靜態(tài)變量屬于靜態(tài)存儲方式。在介紹了變量的存儲類型之后， 可以知道對一個變量的說明不僅應(yīng)說明其數(shù)據(jù)類型，還應(yīng)說明其存儲類型。 因此變量說明的完整形式應(yīng)為： 存儲類型說明符 數(shù)據(jù)類型說明符 變量名，變量名…； 例如：

　　 static int a,b; 　　　　　　　　　 說明a,b為靜態(tài)類型變量
　　 auto char c1,c2; 　　　　　　　　　說明c1,c2為自動字符變量
　　 static int a[5]={1,2,3,4,5}; 　　　說明a為靜整型數(shù)組
　　 extern int x,y; 　　　　　　　　　 說明x,y為外部整型變量

　　 下面分別介紹以上四種存儲類型：

　　 一、自動變量的類型說明符為auto

　　 這種存儲類型是C語言程序中使用最廣泛的一種類型。C語言規(guī)定， 函數(shù)內(nèi)凡未加存儲類型說明的變量均視為自動變量， 也就是說自動變量可省去說明符auto。 在前面各章的程序中所定義的變量凡未加存儲類型說明符的都是自動變量。例如：

{ int i,j,k;
char c;
……
}等價(jià)于： { auto int i,j,k;
auto char c;
……
}

　　 自動變量具有以下特點(diǎn)：

　　 1. 自動變量的作用域僅限于定義該變量的個體內(nèi)。在函數(shù)中定義的自動變量，只在該函數(shù)內(nèi)有效。在復(fù)合語句中定義的自動變量只在該復(fù)合語句中有效。 例如：

int kv(int a)
{
auto int x,y;
{ auto char c;
} /*c的作用域*/
……
} /*a,x,y的作用域*/

　　 2. 自動變量屬于動態(tài)存儲方式，只有在使用它，即定義該變量的函數(shù)被調(diào)用時(shí)才給它分配存儲單元，開始它的生存期。函數(shù)調(diào)用結(jié)束，釋放存儲單元，結(jié)束生存期。因此函數(shù)調(diào)用結(jié)束之后，自動變量的值不能保留。在復(fù)合語句中定義的自動變量，在退出復(fù)合語句后也不能再使用，否則將引起錯誤。例如以下程序：

main()
{ auto int a,s,p;
printf(“ninput a number:n”);
scanf(“%d”,&a);
if(a>0){
s=a+a;
p=a*a;
}
printf(“s=%d p=%dn”,s,p);
}
{ auto int a;
printf(“ninput a number:n”);
scanf(“%d”,&a);
if(a>0){
auto int s,p;
s=a+a;
p=a*a;
}
printf(“s=%d p=%dn”,s,p);
}

　　 s,p是在復(fù)合語句內(nèi)定義的自動變量，只能在該復(fù)合語句內(nèi)有效。而程序的第9行卻是退出復(fù)合語句之后用printf語句輸出s,p的值，這顯然會引起錯誤。

　　 3. 由于自動變量的作用域和生存期都局限于定義它的個體內(nèi)( 函數(shù)或復(fù)合語句內(nèi))， 因此不同的個體中允許使用同名的變量而不會混淆。 即使在函數(shù)內(nèi)定義的自動變量也可與該函數(shù)內(nèi)部的復(fù)合語句中定義的自動變量同名。例5.14表明了這種情況。

　　 [例5.14]

main()
{
auto int a,s=100,p=100;
printf(“ninput a number:n”);
scanf(“%d”,&a);
if(a>0)
{
auto int s,p;
s=a+a;
p=a*a;
printf(“s=%d p=%dn”,s,p);
}
printf(“s=%d p=%dn”,s,p);
}

　　 本程序在main函數(shù)中和復(fù)合語句內(nèi)兩次定義了變量s,p為自動變量。按照C語言的規(guī)定，在復(fù)合語句內(nèi)，應(yīng)由復(fù)合語句中定義的s,p起作用，故s的值應(yīng)為a+ a，p的值為a*a。退出復(fù)合語句后的s,p 應(yīng)為main所定義的s,p，其值在初始化時(shí)給定，均為100。從輸出結(jié)果可以分析出兩個s和兩個p雖變量名相同， 但卻是兩個不同的變量。

　　 4. 對構(gòu)造類型的自動變量如數(shù)組等，不可作初始化賦值。

　　 二、外部變量外部變量的類型說明符為extern

　　 在前面介紹全局變量時(shí)已介紹過外部變量。這里再補(bǔ)充說明外部變量的幾個特點(diǎn)：

　　 1. 外部變量和全局變量是對同一類變量的兩種不同角度的提法。全局變是是從它的作用域提出的，外部變量從它的存儲方式提出的，表示了它的生存期。

　　 2. 當(dāng)一個源程序由若干個源文件組成時(shí)， 在一個源文件中定義的外部變量在其它的源文件中也有效。例如有一個源程序由源文件F1.C和F2.C組成： F1.C

int a,b; /*外部變量定義*/
char c; /*外部變量定義*/
main()
{
……
}

　　 F2.C

extern int a,b; /*外部變量說明*/
extern char c; /*外部變量說明*/
func (int x,y)
{
……
}

　　 在F1.C和F2.C兩個文件中都要使用a,b,c三個變量。在F1.C文件中把a(bǔ),b,c都定義為外部變量。在F2.C文件中用extern把三個變量說明為外部變量，表示這些變量已在其它文件中定義，并把這些變量的類型和變量名，編譯系統(tǒng)不再為它們分配內(nèi)存空間。 對構(gòu)造類型的外部變量， 如數(shù)組等可以在說明時(shí)作初始化賦值，若不賦初值，則系統(tǒng)自動定義它們的初值為0。