C语言的变量的作用域和生存期

 

 

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）。      而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）     static在c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A，B：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A、B、C。

　　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。