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本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「編程珠璣」，作者守望先生。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系編程珠璣公眾號(hào)。  

前言

這些是編程語(yǔ)言中的基本概念，如果你還不是非常明確地清楚標(biāo)題的問(wèn)題，并且不知道作用域，鏈接屬性，存儲(chǔ)期等概念的具體含義，那么本文你不該錯(cuò)過(guò)。為了更加清晰的理解我們的問(wèn)題，需要先了解三個(gè)概念：作用域，鏈接屬性，存儲(chǔ)期。

作用域

C語(yǔ)言中，作用域用來(lái)描述標(biāo)識(shí)符能夠被哪些區(qū)域訪問(wèn)。

而常見(jiàn)作用域有以下幾種：

• 塊作用域，可見(jiàn)范圍是從定義處到包含該定義的塊結(jié)尾
• 函數(shù)作用域，goto語(yǔ)句的標(biāo)簽就具有函數(shù)作用域
• 文件作用域，從定義處到定義該文件的末尾都可見(jiàn)。定義在函數(shù)之外的變量，就具有文件作用域了。
• 函數(shù)原型作用域，從形參定義處到原型聲明結(jié)束

為了便于說(shuō)明，我們來(lái)看一個(gè)例子，就很容易理解了：

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作者：守望先生 
來(lái)源：公眾號(hào)編程珠璣 
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#include <stdio.h> 
int num1 = 222;         //定位在函數(shù)外，具有文件作用域 
static int num2 = 111;  //定義在函數(shù)外，具有文件作用域 
int swap(int *a,int *b); //這里的a，b是函數(shù)原型作用域 
int swap(int *a,int *b) 
{ 
    if(NULL== a || NULL == b) 
        goto error;     
    else 
    { 
        int temp = *a;  //定義在函數(shù)內(nèi)，塊作用域 
        *a = *b; 
        *b = temp; 
        return 0; 
    } 
    //printf("temp is %d\n",temp);   //因?yàn)?/span>temp具有塊作用域，因此在這里不能直接使用 
    error://goto語(yǔ)句的標(biāo)簽，函數(shù)作用域,因此在前面就可以引用 
        { 
            printf("input para is NULL\n"); 
            return -1; 
        } 
} 
int main(void) 
{ 
    printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2); 
    swap(&num1,&num2);  //num1 num2具有文件作用域，可以在main函數(shù)中直接使用 
    printf("num1=%d,num2=%d",num1,num2); 
    return 0; 
} 

可以看到，error標(biāo)簽具有函數(shù)作用域，整個(gè)函數(shù)內(nèi)都可見(jiàn)，而temp具有塊作用域，因此在大括號(hào)外部，不能直接使用它。而num1和num2具有文件作用域，因此main函數(shù)可以直接使用它。

鏈接屬性

在《hello程序是如何變成可執(zhí)行文件的》我們說(shuō)到了編譯的過(guò)程，最后一個(gè)步驟就是鏈接。鏈接屬性決定了在不同作用域的同名標(biāo)識(shí)符能否綁定到同一個(gè)對(duì)象或者函數(shù)。或者說(shuō)，不同作用域的標(biāo)識(shí)符在編譯后是否是同一個(gè)實(shí)體。

c變量有三種鏈接屬性：

• 外部鏈接，extern修飾的，或者沒(méi)有static修飾的具有文件作用域的變量具有外部鏈接屬性
• 內(nèi)部鏈接，static修飾的具有文件作用域的變量具有內(nèi)部鏈接屬性
• 無(wú)鏈接，塊作用域，函數(shù)作用域和函數(shù)原型作用域的變量無(wú)鏈接屬性

再稍作解釋?zhuān)瑳](méi)有static修飾，且具有文件作用域的變量，他們?cè)阪溄訒r(shí)，多個(gè)同名標(biāo)識(shí)符的變量最終都綁定到同一個(gè)實(shí)體。而static修飾的具有文件作用域的變量就不一樣了，不同文件內(nèi)，即便標(biāo)識(shí)符名字相同，它們也綁定到了不同的實(shí)體。

因此，如果我們希望某個(gè)變量或函數(shù)只在某一個(gè)文件使用，那么使用static修飾是一個(gè)很好的做法。

同樣的，來(lái)看一個(gè)例子。

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作者：守望先生 
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#include <stdio.h> 
int a = 5;   //文件作用域，外部鏈接屬性，其他文件可通過(guò)extern int a的方式使用該文件的a 
static b = 6;  //文件作用域，內(nèi)部鏈接屬性，即便其他文件也有同名標(biāo)識(shí)符，它們也是不同的 
int main(void) 
{ 
    int sum = 0 ; //無(wú)鏈接屬性 
    sum = a + b; 
    printf("sum is %d\n",sum); 
    return 0; 
} 

從代碼中可以看到，a和b都具有文件作用域，a具有外部鏈接屬性，而b具有內(nèi)部鏈接屬性，sum具有塊作用域，因此無(wú)鏈接屬性。

存儲(chǔ)期

實(shí)際上作用域和鏈接屬性都描述了標(biāo)識(shí)符的可見(jiàn)性，而存儲(chǔ)期則描述了這些標(biāo)識(shí)符對(duì)應(yīng)的對(duì)象的生存期。存儲(chǔ)期，也分下面幾種：

• 靜態(tài)存儲(chǔ)期，程序執(zhí)行期間一直都在，文件作用域的變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)期
• 自動(dòng)存儲(chǔ)期，它(變長(zhǎng)數(shù)組除外)從塊開(kāi)始，到塊末尾，因此，塊作用域的變量具有自動(dòng)存儲(chǔ)期，它在棧中存儲(chǔ)，需要顯式初始化。
• 動(dòng)態(tài)分配存儲(chǔ)期，即通過(guò)malloc分配內(nèi)存的變量。它在堆中存儲(chǔ)，需要顯式初始。
• 線程存儲(chǔ)期，從名字可以知道， 它與線程相關(guān)，使用關(guān)鍵字_Thread_local聲明的變量具有線程存儲(chǔ)期，它從聲明到線程結(jié)束一直存在。
• 關(guān)于初始化，可參考《C語(yǔ)言入坑指南-被遺忘的初始化》。

同樣地，我們通過(guò)下面的代碼來(lái)更好地理解存儲(chǔ)期

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作者：守望先生 
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#include <stdio.h> 
int num1 = 222;         //靜態(tài)存儲(chǔ)期 
static int num2 = 111;  //靜態(tài)存儲(chǔ)期 
int add(int a,int b) 
{ 
    static int tempSum = 0;  //靜態(tài)存儲(chǔ)期 
    tempSum = tempSum + a + b; 
    return tempSum; 
} 
int main(void) 
{ 
    printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2); 
    int sum = 0;  //自動(dòng)存儲(chǔ)期 
    sum = add(num1,num2); 
    printf("first time sum=%d\n",sum);//sum = 333 
    sum = add(num1,num2); 
    printf("second time sum=%d\n",sum); //sum = 666 
    return 0; 
} 

另外，如果我們通過(guò)nm命令查看編譯出來(lái)的程序文件的符號(hào)表，我們可以找到num1，num2，tempSum，而沒(méi)有sum，前者所用的內(nèi)存數(shù)量在編譯時(shí)就確定了。

$ gcc -g -o lifetime lifetime.c  
$ nm lifetime|grep num1 
0000000000601038 D num1 
$ nm lifetime|grep num2 
000000000060103c d num2 
$ nm lifetime|grep tempSum 
0000000000601044 b tempSum.2289 
$ nm lifetime|grep sum 
$ 

什么全局變量，局部變量，靜態(tài)局部變量，靜態(tài)全局變量

到這里，我們就可以很容易區(qū)分上面的變量類(lèi)型了。實(shí)際上這里只是換了一種說(shuō)法：

全局：具有文件作用域的變量

靜態(tài)：具有靜態(tài)存儲(chǔ)期或內(nèi)部鏈接屬性

局部：具有函數(shù)或塊作用域的變量

因而結(jié)合起來(lái)，也就很好理解了。

• 局部變量：函數(shù)或塊作用域的變量
• 靜態(tài)局部變量：函數(shù)或塊作用域,靜態(tài)存儲(chǔ)期
• 全局變量：具有文件作用域的變量
• 靜態(tài)全局變量：內(nèi)部鏈接屬性的，具有文件作用域的變量

當(dāng)然，這僅僅是為了區(qū)分它們，這并不是它們的嚴(yán)格定義。更好的方法，是通過(guò)代碼來(lái)理解：

#include <stdio.h> 
int num1 = 222;         //全局變量 
static int num2 = 111;  //靜態(tài)全局變量 
int add(int a,int b) 
{ 
    static int tempSum = 0;  //靜態(tài)局部變量 
    tempSum = tempSum + a + b; 
    return tempSum; 
} 
int main(void) 
{ 
    printf("num1=%d,num2=%d\n",num1,num2); 
    int sum = 0;  //局部變量 
    sum = add(num1,num2); 
    printf("first time sum=%d\n",sum);//sum = 333 
    return 0; 
} 

總結(jié)

本文總結(jié)如下：

• 具有文件作用域的變量具有靜態(tài)存儲(chǔ)期，并且具有鏈接屬性
• 不希望其他文件訪問(wèn)的文件作用域變量最好使用static修飾
• static關(guān)鍵字的含義需要結(jié)合上下文來(lái)理解
• 如果可以，全局變量應(yīng)該盡量避免使用，因?yàn)樗赡軒?lái)變量被意外修改
• 使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存通常比棧內(nèi)存慢，但是棧內(nèi)存很有限

參考

https://en.wikipedia.org/wiki/Global_variables

https://en.wikipedia.org/wiki/Local_variable

《C11標(biāo)準(zhǔn)文檔》

作者:守望，linux應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，目前在公眾號(hào)【編程珠璣】分享Linux/C/C++/數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法/工具等原創(chuàng)技術(shù)文章和學(xué)習(xí)資源。