C 语言编程—存储知识

作者：向阳逐梦

2023-05-21
四川
本文字数：2967 字
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存储类定义 C 程序中变量/函数的的存储位置、生命周期和作用域。

这些说明符放置在它们所修饰的类型之前。

下面列出 C 程序中可用的存储类：

auto
register
static
extern

auto 存储类

auto 存储类是所有局部变量默认的存储类。

定义在函数中的变量默认为 auto 存储类，这意味着它们在函数开始时被创建，在函数结束时被销毁。

{   int mount;   auto int month;}

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上面的实例定义了两个带有相同存储类的变量，auto 只能用在函数内，即 auto 只能修饰局部变量。

register 存储类

register 存储类用于定义存储在寄存器中而不是 RAM 中的局部变量。这意味着变量的最大尺寸等于寄存器的大小（通常是一个字），且不能对它应用一元的 '&' 运算符（因为它没有内存位置）。

{   register int  miles;}

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寄存器只用于需要快速访问的变量，比如计数器。还应注意的是，定义 'register' 并不意味着变量将被存储在寄存器中，它意味着变量可能存储在寄存器中，这取决于硬件和实现的限制。

static 存储类

static 存储类指示编译器在程序的生命周期内保持局部变量的存在，而不需要在每次它进入和离开作用域时进行创建和销毁。因此，使用 static 修饰局部变量可以在函数调用之间保持局部变量的值。

static 修饰符也可以应用于全局变量。当 static 修饰全局变量时，会使变量的作用域限制在声明它的文件内。

全局声明的一个 static 变量或方法可以被任何函数或方法调用，只要这些方法出现在跟 static 变量或方法同一个文件中。

静态变量在程序中只被初始化一次，即使函数被调用多次，该变量的值也不会重置。

以下实例演示了 static 修饰全局变量和局部变量的应用：

#include <stdio.h> /* 函数声明 */void func1(void); static int count=10;        /* 全局变量 - static 是默认的 */ int main(){  while (count--) {      func1();  }  return 0;} void func1(void){/* 'thingy' 是 'func1' 的局部变量 - 只初始化一次 * 每次调用函数 'func1' 'thingy' 值不会被重置。 */                  static int thingy=5;  thingy++;  printf(" thingy 为 %d ， count 为 %d\n", thingy, count);}

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实例中 count 作为全局变量可以在函数内使用，thingy 使用 static 修饰后，不会在每次调用时重置。

可能您现在还无法理解这个实例，因为我已经使用了函数和全局变量，这两个概念目前为止还没进行讲解。即使您现在不能完全理解，也没有关系，后续的章节我们会详细讲解。当上面的代码被编译和执行时，它会产生下列结果：

 thingy 为 6 ， count 为 9 thingy 为 7 ， count 为 8 thingy 为 8 ， count 为 7 thingy 为 9 ， count 为 6 thingy 为 10 ， count 为 5 thingy 为 11 ， count 为 4 thingy 为 12 ， count 为 3 thingy 为 13 ， count 为 2 thingy 为 14 ， count 为 1 thingy 为 15 ， count 为 0

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extern 存储类

extern 存储类用于定义在其他文件中声明的全局变量或函数。当使用 extern 关键字时，不会为变量分配任何存储空间，而只是指示编译器该变量在其他文件中定义。

extern 存储类用于提供一个全局变量的引用，全局变量对所有的程序文件都是可见的。当您使用 extern 时，对于无法初始化的变量，会把变量名指向一个之前定义过的存储位置。

当您有多个文件且定义了一个可以在其他文件中使用的全局变量或函数时，可以在其他文件中使用 extern 来得到已定义的变量或函数的引用。可以这么理解，extern 是用来在另一个文件中声明一个全局变量或函数。

extern 修饰符通常用于当有两个或多个文件共享相同的全局变量或函数的时候，如下所示：

第一个文件：main.c

#include <stdio.h> int count ;extern void write_extern(); int main(){   count = 5;   write_extern();}

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第二个文件：support.c

#include <stdio.h> extern int count; void write_extern(void){   printf("count is %d\n", count);}

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在这里，第二个文件中的 extern 关键字用于声明已经在第一个文件 main.c 中定义的 count。现在，编译这两个文件，如下所示：

 $ gcc main.c support.c

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这会产生 a.out 可执行程序，当程序被执行时，它会产生下列结果：

count is 5

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C 语言中全局变量、局部变量、静态全局变量、静态局部变量的区别

从作用域看：

1、全局变量具有全局作用域。全局变量只需在一个源文件中定义，就可以作用于所有的源文件。当然，其他不包含全局变量定义的源文件需要用 extern 关键字再次声明这个全局变量。

2、静态局部变量具有局部作用域，它只被初始化一次，自从第一次被初始化直到程序运行结束都一直存在，它和全局变量的区别在于全局变量对所有的函数都是可见的，而静态局部变量只对定义自己的函数体始终可见。

3、局部变量也只有局部作用域，它是自动对象（auto），它在程序运行期间不是一直存在，而是只在函数执行期间存在，函数的一次调用执行结束后，变量被撤销，其所占用的内存也被收回。

4、静态全局变量也具有全局作用域，它与全局变量的区别在于如果程序包含多个文件的话，它作用于定义它的文件里，不能作用到其它文件里，即被 static 关键字修饰过的变量具有文件作用域。这样即使两个不同的源文件都定义了相同名字的静态全局变量，它们也是不同的变量。

从分配内存空间看：

1、全局变量，静态局部变量，静态全局变量都在静态存储区分配空间，而局部变量在栈里分配空间

2、全局变量本身就是静态存储方式，静态全局变量当然也是静态存储方式。这两者在存储方式上并无不同。这两者的区别虽在于非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。而静态全局变量则限制了其作用域，即只在定义该变量的源文件内有效，在同一源程序的其它源文件中不能使用它。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用，因此可以避免在其它源文件中引起错误。

1)静态变量会被放在程序的静态数据存储区(全局可见)中，这样可以在下一次调用的时候还可以保持原来的赋值。这一点是它与堆栈变量和堆变量的区别。
2)变量用 static 告知编译器，自己仅仅在变量的作用范围内可见。这一点是它与全局变量的区别。

从以上分析可以看出，把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。因此 static 这个说明符在不同的地方所起的作用是不同的。应予以注意。

Tips:

A.若全局变量仅在单个 C 文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度；
B.若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；
C.设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题，因为他们都放在静态数据存储区，全局可见；
D.如果我们需要一个可重入的函数，那么，我们一定要避免函数中使用 static 变量(这样的函数被称为：带"内部存储器"功能的的函数)
E.函数中必须要使用 static 变量情况:比如当某函数的返回值为指针类型时，则必须是 static 的局部变量的地址作为返回值，若为 auto 类型，则返回为错指针。