C语言-作用域与存储期
作用域与存储期
作用域
基本概念
C语言中，标识符都有一定的可见范围，这些可见范围保证了标识符只能在一个有限的区域内使用，这个可见范围，被称为作用域（scope）。
软件开发中，尽量缩小标识符的作用域是一项基本原则，一个标识符的作用域超过它实际所需要的范围时，就会对整个软件的命名空间造成污染，导致一些不必要的名字冲突和误解。
函数声明作用域
- 概念：在函数的声明式中定义的变量，其可见范围仅限于该声明式。
- 示例：
void func(int fileSize, char *fileName);
- 要点：
- 变量 fileSize 和 fileName 只在函数声明式中可见。
- 变量 fileSize 和 fileName 可以省略，但一般不这么做，它们的作用是对参数的注解。
局部作用域
- 概念：在代码块中定义的变量，其可见范围从其定义处开始，到代码块结束为止。
- 示例：
int main()
{
int a=1;
int b=2; // 变量 b 的作用域是第4行到第9行
{
int c=4;
int d=5; // 变量 d 的作用域是第7行到第8行
int a = 100;
}
}
- 要点：
- 代码块指的是一对花括号 { } 括起来的区域。
- 代码块可以嵌套包含，外层的标识符会被内嵌的同名标识符临时掩盖变得不可见。
- 代码块作用域的变量，由于其可见范围是局部的，因此被称为局部变量。
全局作用域
- 概念：在代码块外定义的变量，其可见范围可以跨越多个文件。
- 示例：
// 文件：a.c
int global = 888; // 变量 global 的作用域是第2行到本文件结束
int main()
{
}
void f()
{
}
// 文件：b.c
extern int global; // 声明在 a.c 中定义的全局变量，使其在 b.c 中也可见
extern void f();
void f1()
{
printf("global: %d\n", global);
}
void f2()
{
f();
}
- 要点：
- 代码块指的是一对花括号 { } 括起来的区域。
- 代码块可以嵌套包含，外层的标识符会被内嵌的同名标识符临时掩盖变得不可见。
- 代码块作用域的变量，由于其可见范围是局部的，因此被称为局部变量。
作用域的临时掩盖
如果有多个不同的作用域相互嵌套，那么小范围的作用域会临时 “遮蔽” 大范围的作用域中的同名标识符，被 “遮蔽” 的标识符不会消失，只是临时失去可见性。
- 示例代码：
int a = 100;
// 函数代码块1
int main(void)
{
printf("%d\n", a); // 输出100
int a = 200;
printf("%d\n", a); // 输出200
// 代码块2
{
printf("%d\n", a); // 输出200
int a = 300;
printf("%d\n", a); // 输出300
}
printf("%d\n", a); // 输出200
}
void f()
{
printf("%d\n", a); // 输出100
}
static关键字
C语言的一大特色，是相同的关键字，在不同的场合下，具有不同的含义。static关键字在C语言中有两个不同的作用：
- 将可见范围设定为标识符所在的文件：
- 修饰全局变量：使得全局变量由原来的跨文件可见，变成仅限于本文件可见。
- 修饰普通函数：使得函数由原来的跨文件可见，变成仅限于本文件可见。
- 将存储区域设定为数据段：
- 修饰局部变量：使得局部变量由原来存储在栈内存，变成存储在数据段。
- 示例：
int a; // 普通全局变量，跨文件可见
static int b; // 静态全局变量，仅限本文件可见
void f1() // 普通函数，跨文件可见
{}
static void f2() // 静态函数，仅限本文件可见
{}
int main()
{
int c; // 普通局部变量，存储于栈内存
static int d; // 静态局部变量，存储于数据段
}
存储期
基本概念
C语言中，变量都是有一定的生存周期的，所谓生存周期指的是从分配到释放的时间间隔。为变量分配内存相当于变量的诞生，释放其内存相当于变量的死亡。从诞生到死亡就是一个变量的生命周期。
根据定义方式的不同，变量的生命周期有三种形式：
- 自动存储期
- 静态存储期
- 自定义存储期
不同存储区段对应不同存储期
自动存储期
在栈内存中分配的变量，统统拥有自动存储期，因此也都被称为自动变量。这里自动的含义，指的是这些变量的内存管理不需要开发者操心，都是全自动的：在变量定义处自动分配，出了变量的作用域后自动释放。
- 以下三个概念是等价的：
- 自动变量：从存储期的角度，描述变量的时间特性。
- 临时变量：同上。
- 局部变量：从作用域的角度，描述变量的空间特性。
可以统一把它们称为栈变量，下面是示例代码：
int main()
{
int a, b; // 自动存储期
static int c; // 加了static的局部变量不再是栈变量，而是静态数据了
f(a, b);
}
void f(int x, int y) // 自动存储期
{
}
静态存储期
在数据段中分配的变量，统统拥有静态存储期，因此也都被称为静态变量。这里静态的含义，指的是这些变量的不会因为程序的运行而发生临时性的分配和释放，它们的生命周期是恒定的，跟整个程序一致。
- 静态变量包含：
- 全局变量：不管加不加 static，任何全局变量都是静态变量。
- static 型局部变量。
- 示例代码：
int g1; // 静态存储期
static int g2; // 静态存储期
int main()
{
int a, b;
static int c; // 静态存储期
}
- 注意1：
- 若定义时未初始化，则系统会将所有的静态数据自动初始化为0
- 静态数据初始化语句，只会执行一遍。
- 静态数据从程序开始运行时便已存在，直到程序退出时才释放。
- 注意2：
- static修饰局部变量：使之由栈内存临时数据，变成了静态数据。
- static修饰全局变量：使之由各文件可见的静态数据，变成了本文件可见的静态数据。
自定义存储期
在堆中分配的变量，统统拥有自定义存储期，也就是说这些变量的分配和释放，都是由开发者自己决定的。由于堆内存拥有高度自治权，因此堆是程序开发中用得最多的一片区域。
自由的堆内存
- 相关API：
- 申请堆内存：malloc() / calloc()
- 清零堆内存：bzero()
- 释放堆内存：free()
- 示例：
int *p = malloc(sizeof(int)); // 申请1块大小为 sizeof(int) 的堆内存
bzero(p, sizeof(int)); // 将刚申请的堆内存清零
*p = 100; // 将整型数据 100 放入堆内存中
free(p); // 释放堆内存
// 申请3块连续的大小为 sizeof(double) 的堆内存
double *k = calloc(3, sizeof(double));
k[0] = 0.618;
k[1] = 2.718;
k[2] = 3.142;
free(k); // 释放堆内存
- 注意：
- malloc()申请的堆内存，默认情况下是随机值，一般需要用 bzero() 来清零。
- calloc()申请的堆内存，默认情况下是已经清零了的，不需要再清零。
- free()只能释放堆内存，不能释放别的区段的内存。
- 释放内存的含义：
- 释放内存意味着将内存的使用权归还给系统。
- 释放内存并不会改变指针的指向。
- 释放内存并不会对内存做任何修改，更不会将内存清零。