C語(yǔ)言初學(xué)者入門(mén)講座第十講函數(shù)(4)

2019-11-17 05:41:58

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　　變量的作用域

　　在討論函數(shù)的形參變量時(shí)曾經(jīng)提到，形參變量只在被調(diào)用期間才分配內(nèi)存單元，調(diào)用結(jié)束立即釋放。這一點(diǎn)表明形參變量只有在函數(shù)內(nèi)才是有效的，離開(kāi)該函數(shù)就不能再使用了。這種變量有效性的范圍稱(chēng)變量的作用域。不僅對(duì)于形參變量， C語(yǔ)言中所有的量都有自己的作用域。變量說(shuō)明的方式不同，其作用域也不同。 C語(yǔ)言中的變量，按作用域范圍可分為兩種，即局部變量和全局變量。

　　一、局部變量

　　局部變量也稱(chēng)為內(nèi)部變量。局部變量是在函數(shù)內(nèi)作定義說(shuō)明的。其作用域僅限于函數(shù)內(nèi)，離開(kāi)該函數(shù)后再使用這種變量是非法的。

　　例如：

int f1(int a) /*函數(shù)f1*/
{
int b,c;
……
}a,b,c作用域
int f2(int x) /*函數(shù)f2*/
{
int y,z;
}x,y,z作用域
main()
{
int m,n;
}

　　m,n作用域在函數(shù)f1內(nèi)定義了三個(gè)變量，a為形參，b,c為一般變量。在 f1的范圍內(nèi)a,b,c有效，或者說(shuō)a,b,c變量的作用域限于f1內(nèi)。同理，x,y,z的作用域限于f2內(nèi)。 m,n的作用域限于main函數(shù)內(nèi)。關(guān)于局部變量的作用域還要說(shuō)明以下幾點(diǎn)：

　　1. 主函數(shù)中定義的變量也只能在主函數(shù)中使用，不能在其它函數(shù)中使用。同時(shí)，主函數(shù)中也不能使用其它函數(shù)中定義的變量。因?yàn)橹骱瘮?shù)也是一個(gè)函數(shù)，它與其它函數(shù)是平行關(guān)系。這一點(diǎn)是與其它語(yǔ)言不同的，應(yīng)予以注重。

　　2. 形參變量是屬于被調(diào)函數(shù)的局部變量，實(shí)參變量是屬于主調(diào)函數(shù)的局部變量。

　　3. 答應(yīng)在不同的函數(shù)中使用相同的變量名，它們代表不同的對(duì)象，分配不同的單元，互不干擾，也不會(huì)發(fā)生混淆。如在例5.3 中，形參和實(shí)參的變量名都為n，是完全答應(yīng)的。4. 在復(fù)合語(yǔ)句中也可定義變量，其作用域只在復(fù)合語(yǔ)句范圍內(nèi)。例如：

main()
{
int s,a;
……
{
int b;
s=a+b;
……b作用域
}
……s,a作用域
}[例5.11]main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i==3) PRintf("%d/n",k);
}
printf("%d/n%d/n",i,k);
}
main()
{
int i=2,j=3,k;
k=i+j;
{
int k=8;
if(i=3) printf("%d/n",k);
}
printf("%d/n%d/n",i,k);
}

　　本程序在main中定義了i,j,k三個(gè)變量，其中k未賦初值。而在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)又定義了一個(gè)變量k，并賦初值為8。應(yīng)該注重這兩個(gè)k不是同一個(gè)變量。在復(fù)合語(yǔ)句外由main定義的k起作用，而在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)則由在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)定義的k起作用。因此程序第4行的k為main所定義，其值應(yīng)為5。第7行輸出k值，該行在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)，由復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)定義的k起作用，其初值為8，故輸出值為8，第9行輸出i，k值。i是在整個(gè)程序中有效的，第7行對(duì)i賦值為3，故以輸出也為3。而第9行已在復(fù)合語(yǔ)句之外，輸出的k應(yīng)為main所定義的k，此k值由第4 行已獲得為5，故輸出也為5。

　　二、全局變量

　　全局變量也稱(chēng)為外部變量，它是在函數(shù)外部定義的變量。它不屬于哪一個(gè)函數(shù)，它屬于一個(gè)源程序文件。其作用域是整個(gè)源程序。在函數(shù)中使用全局變量，一般應(yīng)作全局變量說(shuō)明。只有在函數(shù)內(nèi)經(jīng)過(guò)說(shuō)明的全局變量才能使用。全局變量的說(shuō)明符為extern。但在一個(gè)函數(shù)之前定義的全局變量，在該函數(shù)內(nèi)使用可不再加以說(shuō)明。例如：

int a,b; /*外部變量*/
void f1() /*函數(shù)f1*/
{
……
}
float x,y; /*外部變量*/
int fz() /*函數(shù)fz*/
{
……
}
main() /*主函數(shù)*/
{
……
}/*全局變量x,y作用域全局變量a,b作用域*/

　　從上例可以看出a、b、x、y 都是在函數(shù)外部定義的外部變量，都是全局變量。但x,y 定義在函數(shù)f1之后，而在f1內(nèi)又無(wú)對(duì)x,y的說(shuō)明，所以它們?cè)趂1內(nèi)無(wú)效。 a,b定義在源程序最前面，因此在f1,f2及main內(nèi)不加說(shuō)明也可使用。

　　[例5.12]輸入正方體的長(zhǎng)寬高l,w,h。求體積及三個(gè)面x*y,x*z,y*z的面積。

int s1,s2,s3;
int vs( int a,int b,int c)
{
int v;
v=a*b*c;
s1=a*b;
s2=b*c;
s3=a*c;
return v;
}
main()
{
int v,l,w,h;
printf("/ninput length,width and height/n");
scanf("%d%d%d",&l,&w,&h);
v=vs(l,w,h);
printf("v=%d s1=%d s2=%d s3=%d/n",v,s1,s2,s3);
}

　　本程序中定義了三個(gè)外部變量s1,s2,s3，用來(lái)存放三個(gè)面積，其作用域?yàn)檎麄€(gè)程序。函數(shù)vs用來(lái)求正方體體積和三個(gè)面積，函數(shù)的返回值為體積v。由主函數(shù)完成長(zhǎng)寬高的輸入及結(jié)果輸出。由于C語(yǔ)言規(guī)定函數(shù)返回值只有一個(gè)，當(dāng)需要增加函數(shù)的返回?cái)?shù)據(jù)時(shí)，用外部變量是一種很好的方式。本例中，如不使用外部變量，在主函數(shù)中就不可能取得v,s1,s2,s3四個(gè)值。而采用了外部變量，在函數(shù)vs中求得的s1,s2,s3值在main 中仍然有效。因此外部變量是實(shí)現(xiàn)函數(shù)之間數(shù)據(jù)通訊的有效手段。對(duì)于全局變量還有以下幾點(diǎn)說(shuō)明：

　　1. 對(duì)于局部變量的定義和說(shuō)明，可以不加區(qū)分。而對(duì)于外部變量則不然，外部變量的定義和外部變量的說(shuō)明并不是一回事。外部變量定義必須在所有的函數(shù)之外，且只能定義一次。其一般形式為： [extern] 類(lèi)型說(shuō)明符變量名，變量名… 其中方括號(hào)內(nèi)的extern可以省去不寫(xiě)。

　　例如： int a,b;

　　等效于：

　　extern int a,b;
　
　　而外部變量說(shuō)明出現(xiàn)在要使用該外部變量的各個(gè)函數(shù)內(nèi)，在整個(gè)程序內(nèi)，可能出現(xiàn)多次，外部變量說(shuō)明的一般形式為： extern 類(lèi)型說(shuō)明符變量名，變量名，…；外部變量在定義時(shí)就已分配了內(nèi)存單元，外部變量定義可作初始賦值，外部變量說(shuō)明不能再賦初始值，只是表明在函數(shù)內(nèi)要使用某外部變量。

　　2. 外部變量可加強(qiáng)函數(shù)模塊之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，但是又使函數(shù)要依靠這些變量，因而使得函數(shù)的獨(dú)立性降低。從模塊化程序設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來(lái)看這是不利的，因此在不必要時(shí)盡量不要使用全局變量。

　　3. 在同一源文件中，答應(yīng)全局變量和局部變量同名。在局部變量的作用域內(nèi)，全局變量不起作用。

　　[例5.13]

int vs(int l,int w)
{
extern int h;
int v;
v=l*w*h;
return v;
}
main()
{
extern int w,h;
int l=5;
printf("v=%d",vs(l,w));
}
int l=3,w=4,h=5;

　　本例程序中，外部變量在最后定義，因此在前面函數(shù)中對(duì)要用的外部變量必須進(jìn)行說(shuō)明。外部變量l，w和vs函數(shù)的形參l，w同名。外部變量都作了初始賦值，mian函數(shù)中也對(duì)l作了初始化賦值。執(zhí)行程序時(shí)，在printf語(yǔ)句中調(diào)用vs函數(shù)，實(shí)參l的值應(yīng)為main中定義的l值，等于5，外部變量l在main內(nèi)不起作用；實(shí)參w的值為外部變量w的值為4，進(jìn)入vs后這兩個(gè)值傳送給形參l，wvs函數(shù)中使用的h 為外部變量，其值為5，因此v的計(jì)算結(jié)果為100，返回主函數(shù)后輸出。變量的存儲(chǔ)類(lèi)型各種變量的作用域不同，就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)是因變量的存儲(chǔ)類(lèi)型相同。所謂存儲(chǔ)類(lèi)型是指變量占用內(nèi)存空間的方式，也稱(chēng)為存儲(chǔ)方式。

　　變量的存儲(chǔ)方式可分為“靜態(tài)存儲(chǔ)”和“動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)”兩種。

　　靜態(tài)存儲(chǔ)變量通常是在變量定義時(shí)就分定存儲(chǔ)單元并一直保持不變，直至整個(gè)程序結(jié)束。5.5.1節(jié)中介紹的全局變量即屬于此類(lèi)存儲(chǔ)方式。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)變量是在程序執(zhí)行過(guò)程中，使用它時(shí)才分配存儲(chǔ)單元，使用完畢立即釋放。典型的例子是函數(shù)的形式參數(shù)，在函數(shù)定義時(shí)并不給形參分配存儲(chǔ)單元，只是在函數(shù)被調(diào)用時(shí)，才予以分配，調(diào)用函數(shù)完畢立即釋放。假如一個(gè)函數(shù)被多次調(diào)用，則反復(fù)地分配、釋放形參變量的存儲(chǔ)單元。從以上分析可知，靜態(tài)存儲(chǔ)變量是一直存在的，而動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)變量則時(shí)而存在時(shí)而消失。我們又把這種由于變量存儲(chǔ)方式不同而產(chǎn)生的特性稱(chēng)變量的生存期。生存期表示了變量存在的時(shí)間。生存期和作用域是從時(shí)間和空間這兩個(gè)不同的角度來(lái)描述變量的特性，這兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。一個(gè)變量究竟屬于哪一種存儲(chǔ)方式，并不能僅從其作用域來(lái)判定，還應(yīng)有明確的存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明。

　　在C語(yǔ)言中，對(duì)變量的存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明有以下四種：

　　auto　　　　自動(dòng)變量
　　register 　　寄存器變量
　　extern 　　　外部變量
　　static 　　　靜態(tài)變量

　　自動(dòng)變量和寄存器變量屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式，外部變量和靜態(tài)變量屬于靜態(tài)存儲(chǔ)方式。在介紹了變量的存儲(chǔ)類(lèi)型之后，可以知道對(duì)一個(gè)變量的說(shuō)明不僅應(yīng)說(shuō)明其數(shù)據(jù)類(lèi)型，還應(yīng)說(shuō)明其存儲(chǔ)類(lèi)型。因此變量說(shuō)明的完整形式應(yīng)為：存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明符數(shù)據(jù)類(lèi)型說(shuō)明符變量名，變量名…；例如：

　　static int a,b; 　　　　　　　　　說(shuō)明a,b為靜態(tài)類(lèi)型變量
　　auto char c1,c2; 　　　　　　　　　說(shuō)明c1,c2為自動(dòng)字符變量
　　static int a[5]={1,2,3,4,5}; 　　　說(shuō)明a為靜整型數(shù)組
　　extern int x,y; 　　　　　　　　　說(shuō)明x,y為外部整型變量

　　下面分別介紹以上四種存儲(chǔ)類(lèi)型：

　　一、自動(dòng)變量的類(lèi)型說(shuō)明符為auto

　　這種存儲(chǔ)類(lèi)型是C語(yǔ)言程序中使用最廣泛的一種類(lèi)型。C語(yǔ)言規(guī)定，函數(shù)內(nèi)凡未加存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明的變量均視為自動(dòng)變量，也就是說(shuō)自動(dòng)變量可省去說(shuō)明符auto。在前面各章的程序中所定義的變量凡未加存儲(chǔ)類(lèi)型說(shuō)明符的都是自動(dòng)變量。例如：

{ int i,j,k;
char c;
……
}等價(jià)于： { auto int i,j,k;
auto char c;
……
}

　　自動(dòng)變量具有以下特點(diǎn)：

　　1. 自動(dòng)變量的作用域僅限于定義該變量的個(gè)體內(nèi)。在函數(shù)中定義的自動(dòng)變量，只在該函數(shù)內(nèi)有效。在復(fù)合語(yǔ)句中定義的自動(dòng)變量只在該復(fù)合語(yǔ)句中有效。例如：

int kv(int a)
{
auto int x,y;
{ auto char c;
} /*c的作用域*/
……
} /*a,x,y的作用域*/

　　2. 自動(dòng)變量屬于動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)方式，只有在使用它，即定義該變量的函數(shù)被調(diào)用時(shí)才給它分配存儲(chǔ)單元，開(kāi)始它的生存期。函數(shù)調(diào)用結(jié)束，釋放存儲(chǔ)單元，結(jié)束生存期。因此函數(shù)調(diào)用結(jié)束之后，自動(dòng)變量的值不能保留。在復(fù)合語(yǔ)句中定義的自動(dòng)變量，在退出復(fù)合語(yǔ)句后也不能再使用，否則將引起錯(cuò)誤。例如以下程序：

main()
{ auto int a,s,p;
printf("/ninput a number:/n");
scanf("%d",&a);
if(a>0){
s=a+a;
p=a*a;
}
printf("s=%d p=%d/n",s,p);
}
{ auto int a;
printf("/ninput a number:/n");
scanf("%d",&a);
if(a>0){
auto int s,p;
s=a+a;
p=a*a;
}
printf("s=%d p=%d/n",s,p);
}

　　s,p是在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)定義的自動(dòng)變量，只能在該復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)有效。而程序的第9行卻是退出復(fù)合語(yǔ)句之后用printf語(yǔ)句輸出s,p的值，這顯然會(huì)引起錯(cuò)誤。

　　3. 由于自動(dòng)變量的作用域和生存期都局限于定義它的個(gè)體內(nèi)( 函數(shù)或復(fù)合語(yǔ)句內(nèi))，因此不同的個(gè)體中答應(yīng)使用同名的變量而不會(huì)混淆。即使在函數(shù)內(nèi)定義的自動(dòng)變量也可與該函數(shù)內(nèi)部的復(fù)合語(yǔ)句中定義的自動(dòng)變量同名。例5.14表明了這種情況。

　　[例5.14]

main()
{
auto int a,s=100,p=100;
printf("/ninput a number:/n");
scanf("%d",&a);
if(a>0)
{
auto int s,p;
s=a+a;
p=a*a;
printf("s=%d p=%d/n",s,p);
}
printf("s=%d p=%d/n",s,p);
}

　　本程序在main函數(shù)中和復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)兩次定義了變量s,p為自動(dòng)變量。按照C語(yǔ)言的規(guī)定，在復(fù)合語(yǔ)句內(nèi)，應(yīng)由復(fù)合語(yǔ)句中定義的s,p起作用，故s的值應(yīng)為a+ a，p的值為a*a。退出復(fù)合語(yǔ)句后的s,p 應(yīng)為main所定義的s,p，其值在初始化時(shí)給定，均為100。從輸出結(jié)果可以分析出兩個(gè)s和兩個(gè)p雖變量名相同，但卻是兩個(gè)不同的變量。

　　4. 對(duì)構(gòu)造類(lèi)型的自動(dòng)變量如數(shù)組等，不可作初始化賦值。

　　二、外部變量外部變量的類(lèi)型說(shuō)明符為extern

　　在前面介紹全局變量時(shí)已介紹過(guò)外部變量。這里再補(bǔ)充說(shuō)明外部變量的幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1. 外部變量和全局變量是對(duì)同一類(lèi)變量的兩種不同角度的提法。全局變是是從它的作用域提出的，外部變量從它的存儲(chǔ)方式提出的，表示了它的生存期。

　　2. 當(dāng)一個(gè)源程序由若干個(gè)源文件組成時(shí)，在一個(gè)源文件中定義的外部變量在其它的源文件中也有效。例如有一個(gè)源程序由源文件F1.C和F2.C組成： F1.C

int a,b; /*外部變量定義*/
char c; /*外部變量定義*/
main()
{
……
}

　　F2.C

extern int a,b; /*外部變量說(shuō)明*/
extern char c; /*外部變量說(shuō)明*/
func (int x,y)
{
……
}

　　在F1.C和F2.C兩個(gè)文件中都要使用a,b,c三個(gè)變量。在F1.C文件中把a(bǔ),b,c都定義為外部變量。在F2.C文件中用extern把三個(gè)變量說(shuō)明為外部變量，表示這些變量已在其它文件中定義，并把這些變量的類(lèi)型和變量名，編譯系統(tǒng)不再為它們分配內(nèi)存空間。對(duì)構(gòu)造類(lèi)型的外部變量，如數(shù)組等可以在說(shuō)明時(shí)作初始化賦值，若不賦初值，則系統(tǒng)自動(dòng)定義它們的初值為0。

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