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C语言的变量的作用域和生存期

简介: 一、c程序存储空间布局 C程序一直由下列部分组成:       1)正文段——CPU执行的机器指令部分;一个程序只有一个副本;只读,防止程序由于意外事故而修改自身指令;      2)初始化数据段(数据段)——在程序中所有赋了初值的全局变量,存放在这里。

一、c程序存储空间布局

C程序一直由下列部分组成:

      1)正文段——CPU执行的机器指令部分;一个程序只有一个副本;只读,防止程序由于意外事故而修改自身指令;      2)初始化数据段(数据段)——在程序中所有赋了初值的全局变量,存放在这里。      3)非初始化数据段(bss段)——在程序中没有初始化的全局变量;内核将此段初始化为0。      4)栈——增长方向:自顶向下增长;自动变量以及每次函数调用时所需要保存的信息(返回地址;环境信息)。      5)堆——动态存储分。

|-----------||                 ||-----------||    栈         |  |-----------||    |            | |   /|/           ||                 ||                 ||   /|/           ||    |            | |-----------||    堆         ||-----------|| 未初始化  ||-----------||   初始化  ||-----------||  正文段   ||-----------|

二、 面向过程程序设计中的static

1. 全局静态变量

   在全局变量之前加上关键字static,全局变量就被定义成为一个全局静态变量。

   1)内存中的位置:静态存储区(静态存储区在整个程序运行期间都存在)

   2)初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)

   3)作用域:全局静态变量在声明他的文件之外是不可见的。准确地讲从定义之处开始到文件结尾。

看下面关于作用域的程序://teststatic1.c void display();extern int n; int main(){  n = 20;  printf("%d/n",n);  display();  return 0;} //teststatic2.c static int n;   //定义全局静态变量,自动初始化为0,仅在本文件中可见void display(){  n++;  printf("%d/n",n);} 

文件分别编译通过,但link的时候teststatic1.c中的变量n找不到定义,产生错误。 定义全局静态变量的好处:

<1>不会被其他文件所访问,修改

<2>其他文件中可以使用相同名字的变量,不会发生冲突。

2. 局部静态变量

  在局部变量之前加上关键字static,局部变量就被定义成为一个局部静态变量。

  1)内存中的位置:静态存储区

  2)初始化:未经初始化的全局静态变量会被程序自动初始化为0(自动对象的值是任意的,除非他被显示初始化)

  3)作用域:作用域仍为局部作用域,当定义它的函数或者语句块结束的时候,作用域随之结束。

  注:当static用来修饰局部变量的时候,它就改变了局部变量的存储位置,从原来的栈中存放改为静态存储区。但是局部静态变量在离开作用域之后,并没有被销毁,而是仍然驻留在内存当中,直到程序结束,只不过我们不能再对他进行访问。

      当static用来修饰全局变量的时候,它就改变了全局变量的作用域(在声明他的文件之外是不可见的),但是没有改变它的存放位置,还是在静态存储区中。

3. 静态函数

  在函数的返回类型前加上关键字static,函数就被定义成为静态函数。

  函数的定义和声明默认情况下是extern的,但静态函数只是在声明他的文件当中可见,不能被其他文件所用。

  例如://teststatic1.cvoid display();static void staticdis(); int main(){  display();  staticdis();  renturn 0;} //teststatic2.cvoid display(){  staticdis();  printf("display() has been called /n");} static void staticdis(){  printf("staticDis() has been called/n");} 文件分别编译通过,但是连接的时候找不到函数staticdis()的定义,产生错误。 定义静态函数的好处:

<1> 其他文件中可以定义相同名字的函数,不会发生冲突

<2> 静态函数不能被其他文件所用。 存储说明符auto,register,extern,static,对应两种存储期:自动存储期和静态存储期。 auto和register对应自动存储期。具有自动存储期的变量在进入声明该变量的程序块时被建立,它在该程序块活动时存在,退出该程序块时撤销。

关 键字extern和static用来说明具有静态存储期的变量和函数。用static声明的局部变量具有静态存储持续期 (static storage duration),或静态范围(static extent)。虽然他的值在函数调用之间保持有效,但是其名字的可视 性仍限制在其局部域内。静态局部对象在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化。

由于static变量的以上特性,可实现一些特定功能。

1. 统计次数功能

声明函数的一个局部变量,并设为static类型,作为一个计数器,这样函数每次被调用的时候就可以进行计数。这是统计函数被调用次数的最好的办法,因为这个变量是和函数息息相关的,而函数可能在多个不同的地方被调用,所以从调用者的角度来统计比较困难。代码如下: void count();int main(){ int i; for (i = 1; i <= 3; i++)  count();  return 0;}void count(){ static num = 0; num++; printf(" I have been called %d",num,"times/n");}

输出结果为:I have been called 1 times.

 

C语言程序可以看成由一系列外部对象构成,这些外部对象可能是变量或函数。而内部变量是指定义在函数内部的函数参数及变量。外部变量定义在函数之外,因此可以在许多函数中使用。由于C语言不允许在一个函数中定义其它函数,因此函数本身只能是外部的      由于C语言代码是以文件为单位来组织的,在一个源程序所有源文件中,一个外部变量或函数只能在某个文件中定义一次,而其它文件可以通过extern声明来访问它(定义外部变量或函数的源文件中也可以包含对该外部变量的extern声明)。      static则可以限定变量或函数为静态存储。如果用static限定外部变量与函数,则可以将该对象的作用域限定为被编译源文件的剩余部分。通过static限定外部对象,可以达到隐藏外部对象的目的。因而,static限定的变量或函数不会和同一程序中其它文件中同名的相冲突。如果用static限定内部变量,则该变量从程序一开始就拥有内存,不会随其所在函数的调用和退出而分配和消失。   C语言中使用静态函数的好处

1.       静态函数会被自动分配在一个一直使用的存储区,直到退出应用程序实例,避免了调用函数时压栈出栈,速度快很多。 

2.       关键字“static”,译成中文就是静态的,所以内部函数又称静态函数。但此处“static”的含义不是指存储方式,而是指对函数的作用域仅局限于本文件。 使用内部函数的好处是:不同的人编写不同的函数时,不用担心自己定义的函数,是否会与其它文件中的函数同名,因为同名也没有关系。 

c语言中static的语义1.static变量:1).局部a.静态局部变量在函数内定义,生存期为整个源程序,但作用域与自动变量相同,只能在定义该变量的函数内使用。退出该函数后, 尽管该变量还继续存在,但不能使用它。b.对基本类型的静态局部变量若在说明时未赋以初值,则系统自动赋予0值。而对自动变量不赋初值,则其值是不定的。2).全局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。但是他们的作用域,非静态全局 变量的作用域是整个源程序(多个源文件可以共同使用); 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。2.static函数(也叫内部函数)只能被本文件中的函数调用,而不能被同一程序其它文件中的函数调用。区别于一般的非静态函数(外部函数)     staticc里面可以用来修饰变量,也可以用来修饰函数。         先看用来修饰变量的时候。变量在c里面可分为存在全局数据区、栈和堆里。其实我们平时所说的堆栈是栈而不包含对,不要弄混。        int a ;        main()        {             int b ;              int c* = (int *)malloc(sizeof(int));        }        a是全局变量,b是栈变量,c是堆变量。        static对全局变量的修饰,可以认为是限制了只能是本文件引用此变量。有的程序是由好多.c文件构成。彼此可以互相引用变量,但加入static修饰之后,只能被本文件中函数引用此变量。        static对栈变量的修饰,可以认为栈变量的生命周期延长到程序执行结束时。一般来说,栈变量的生命周期由OS管理,在退栈的过程中,栈变量的生命也就结束了。但加入static修饰之后,变量已经不在存储在栈中,而是和全局变量一起存储。同时,离开定义它的函数后不能使用,但如再次调用定义它的函数时,它又可继续使用, 而且保存了前次被调用后留下的值。       static对函数的修饰与对全局变量的修饰相似,只能被本文件中的函数调用,而不能被同一程序其它文件中的函数调用。       static 声明的变量在C语言中有两方面的特征:  1)、变量会被放在程序的全局存储区中,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。

  问题:Static的理解

  关于static变量,请选择下面所有说法正确的内容:

  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;

  D、静态全局变量过大,可那会导致堆栈溢出。 

  答案与分析:

  对于AB:根据本篇概述部分的说明b),我们知道,A,B都是正确的。

  对于C:根据本篇概述部分的说明a),我们知道,C是正确的(所谓的函数重入问题,下面会详细阐述)。

  对于D:静态变量放在程序的全局数据区,而不是在堆栈中分配,所以不可能导致堆栈溢出,D是错误的。

  因此,答案是ABC

  问题:不可重入函数

  曾经设计过如下一个函数,在代码检视的时候被提醒有bug,因为这个函数是不可重入的,为什么?

unsigned int sum_int( unsigned int base ){ unsigned int index; static unsigned int sum = 0; // 注意,是static类型的。  for (index = 1; index <= base; index++) {  sum += index; } return sum;

  答案与分析:

  所谓的函数是可重入的(也可以说是可预测的),即:只要输入数据相同就应产生相同的输出。  这个函数之所以是不可预测的,就是因为函数中使用了static变量,因为static变量的特征,这样的函数被称为:带内部存储器功能的的函数。因此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,这种函数中的static变量,使用原则是,能不用尽量不用。  将上面的函数修改为可重入的函数很简单,只要将声明sum变量中的static关键字去掉,变量sum即变为一个auto 类型的变量,函数即变为一个可重入的函数。  当然,有些时候,在函数中是必须要使用static变量的,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。

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