C程序中外部變量與函數(shù)關(guān)系解惑
2019-11-17 05:48:36
供稿：網(wǎng)友
C程序由一組對(duì)象組成，這些對(duì)象包括程序中所使用的變量和實(shí)現(xiàn)特定功能的函數(shù)。變量可以分為函數(shù)內(nèi)部定義、使用的變量和函數(shù)外部定義的變量，通常情況下，把函數(shù)內(nèi)部定義、使用的變量稱(chēng)為內(nèi)部變量或局部變量，而將在函數(shù)外部定義的、供許多函數(shù)所使用的變量稱(chēng)為外部變量，一般情況下，也可以稱(chēng)為全局變量。
由于C語(yǔ)言不答應(yīng)在一個(gè)函數(shù)中定義其他函數(shù)，因此函數(shù)本身是外部的。一般情況下，也可以說(shuō)函數(shù)是全局函數(shù)。
在缺省情況下，外部變量與函數(shù)具有如下性質(zhì)：所有通過(guò)名字對(duì)外部變量與函數(shù)的引用（即使這種引用來(lái)自獨(dú)立編譯的函數(shù)）都是引用的同一對(duì)象（標(biāo)準(zhǔn)中把這一性質(zhì)稱(chēng)為外部連接）。
由于外部變量是可以全局訪問(wèn)的，這就為在函數(shù)之間交換數(shù)據(jù)提供了一種可以替代函數(shù)變?cè)祷刂档姆椒āＨ魏魏瘮?shù)都可以用名字來(lái)訪問(wèn)外部變量，只要這個(gè)名字已在某個(gè)地方做了說(shuō)明或定義。
假如要在函數(shù)之間共享大量的變量，那么使用外部變量要比使用一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的變?cè)砀奖恪⒂行АＨ欢部赡軐?dǎo)致程序在各個(gè)函數(shù)之間產(chǎn)生太多的數(shù)據(jù)聯(lián)系。
外部變量的用途還表現(xiàn)在它們比內(nèi)部變量有更大的作用域和更長(zhǎng)的生存期。內(nèi)部自動(dòng)變量只能在函數(shù)內(nèi)部使用，當(dāng)其所在函數(shù)被調(diào)用時(shí)開(kāi)始存在，當(dāng)函數(shù)退出時(shí)消失。而外部變量是永久存在的，他們的值在從一次函數(shù)調(diào)用到下一次函數(shù)調(diào)用之間保持不變。因此，假如兩個(gè)函數(shù)必須共享某些數(shù)據(jù)，而這兩個(gè)函數(shù)都互不調(diào)用對(duì)方，那么最為方便的是，把這些共享數(shù)據(jù)作為外部變量，而不是作為變?cè)獊?lái)傳遞。
1、外部變量的定義和使用
根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，在程序的所有源文件中，外部變量只能被定義一次，否則會(huì)導(dǎo)致重復(fù)定義的編譯錯(cuò)誤。
1.1 外部變量的定義與聲明
變量聲明用于通報(bào)變量的性質(zhì)（主要是變量的類(lèi)型），而變量定義則除此之外還引起存儲(chǔ)分配。假如在函數(shù)的外部包含如下說(shuō)明：
int VarDesc;
char Array[MAXVAL];
那么這兩個(gè)說(shuō)明定義了外部變量VarDesc與Array，并為之分配存儲(chǔ)單元，同時(shí)也用作供源文件其余部分使用的說(shuō)明。另一方面，如下兩行：
extern int VarDesc;
extern char Array[];
為源文件剩余部分聲明了VarDesc是一個(gè)int 類(lèi)型的外部變量，Array是一個(gè)char數(shù)組類(lèi)型的外部變量（數(shù)組大小在其他地方確定），但這兩個(gè)聲明并沒(méi)有建立變量或?yàn)樗鼈兎峙浯鎯?chǔ)單元，其中要害字extern表明該外部變量在其他地方被定義。
根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，外部變量雖然只能在某個(gè)文件中定義一次，但其作用域則是從其聲明處開(kāi)始一直到其所在的被編譯的文件的末尾。因此其他文件可以通過(guò)extern說(shuō)明來(lái)訪問(wèn)它。
1.2 外部變量的使用方式
假如外部變量被不同的函數(shù)所引用，并且這些函數(shù)沒(méi)有集中在一個(gè)源文件中，而是分布在不同的源文件中，那么函數(shù)在引用這些外部變量時(shí)，必須采取先聲明再使用的方式，否則，在編譯時(shí)會(huì)導(dǎo)致重復(fù)定義的編譯錯(cuò)誤。
若在多個(gè)文件的多個(gè)函數(shù)中引用外部變量，就需要在這些函數(shù)中重復(fù)聲明外部變量。這種方式可以解決編譯問(wèn)題，但是代碼不夠簡(jiǎn)潔。因此，在實(shí)際的編程中，大都采取了將外部變量統(tǒng)一定義在一個(gè)C源文件中，這個(gè)C源文件一般被稱(chēng)為global.c，然后在對(duì)應(yīng)的頭文件中，一般為global.h，聲明外部變量，最后在需要引用外部變量的源文件中使用#include "global.h"的方式，函數(shù)就可以引用所有的外部變量。因此，一般情況下，global.c內(nèi)容為：
#include "global.h"
/* for example, define two vars */
int VarDesc;
char Array[MAXVAL];
/* other external var define */
在對(duì)應(yīng)的global.h頭文件的內(nèi)容則為：
#ifndef _GLOBAL_H /* please insure _GLOBAL_H unique */
#define _GLOBAL_H /* avoid quotation iterativly */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif /*__cplusplus */
/* for example, declare two vars */
extern int VarDesc;
extern char Array[];
/* other external vars declaration */
#ifdef __cplusplus
}
#endif /* __cplusplus */
#endif /* _GLOBAL_H */
此外，在實(shí)際的編程中，這兩個(gè)文件頭部還應(yīng)當(dāng)有公司copyright聲明、文件功能說(shuō)明、版本說(shuō)明、創(chuàng)建、修改歷史等。
2、函數(shù)的定義和使用
根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)，函數(shù)只能被定義一次，而且在函數(shù)中，不能再定義函數(shù)，因此函數(shù)本身是外部的。
2.1 函數(shù)的定義與聲明
定義函數(shù)是給出函數(shù)體的函數(shù)描述。一個(gè)函數(shù)只有在聲明之后才能被引用。函數(shù)聲明中，需給出函數(shù)名、返回類(lèi)型、參數(shù)列表等。
函數(shù)的作用域從其聲明處開(kāi)始一直到其所在的被編譯的文件的末尾，假如一個(gè)函數(shù)在定義之前就要使用到，或者這個(gè)函數(shù)定義在與所要使用它的源文件不相同的源文件中，那么就需要在使用該函數(shù)前，使用要害字extern聲明該函數(shù)，但由于函數(shù)默認(rèn)是external的，因此函數(shù)聲明前的extern可以省略，這也是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的頭文件中，函數(shù)聲明前沒(méi)有extern的原因，但在實(shí)際的編程中，一般不推薦這樣做，應(yīng)當(dāng)在函數(shù)聲明前加上extern。
2.2 函數(shù)的組織和使用
假如某個(gè)函數(shù)需要引用另一個(gè)函數(shù)，則需要在引用該函數(shù)前聲明被引用的函數(shù)，否則可能會(huì)導(dǎo)致函數(shù)未定義錯(cuò)誤。
為了避免被引用函數(shù)的重復(fù)聲明和方便函數(shù)的引用，在實(shí)際的編程之中，采用在對(duì)應(yīng)的頭文件中，統(tǒng)一聲明函數(shù)的方式。需要引用某一個(gè)函數(shù)時(shí)，只需要在該函數(shù)的定義源文件中包含被引用函數(shù)的頭文件即可。
在實(shí)際的編程中，在頭文件中聲明函數(shù)，即聲明函數(shù)原型，在對(duì)應(yīng)的C源文件中，定義函數(shù)及其實(shí)現(xiàn)代碼。因此，函數(shù)說(shuō)明的頭文件內(nèi)容和格式為：
#ifndef _FUNCNAME_H /* please insure _ FUNCNAME _H unique */
#define _ FUNCNAME _H /* avoid quotation iterativly */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif /*__cplusplus */
/* for example, declare functions */
extern int func (int, int, int);
/* of course, maybe declare functions like below
* int func (int, int, int);
*/
/* other functions declaration */
#ifdef __cplusplus
}
#endif /* __cplusplus */
#endif /* _ FUNCNAME _H */
而在對(duì)應(yīng)的C源文件內(nèi)容為：
#include " funcname.h"
/* for example, define two vars */
int func (int a, int b, int c)
{
// functions body
}
/* other functions define */
在實(shí)際的函數(shù)頭文件和定義文件中還應(yīng)當(dāng)包含相應(yīng)的頭文件等，以及公司copyright聲明、文件功能說(shuō)明、版本說(shuō)明、創(chuàng)建、修改歷史等。對(duì)于具體的函數(shù)，還應(yīng)當(dāng)有函數(shù)說(shuō)明、輸入?yún)?shù)說(shuō)明、返回說(shuō)明、例外等。
3、靜態(tài)外部變量和函數(shù)
假如某外部變量和函數(shù)僅供它們各自所在的源文件中的函數(shù)使用，而不能被其他函數(shù)訪問(wèn)，那么就必須使用static要害字定義外部變量和函數(shù)。static說(shuō)明適用于外部變量與函數(shù)，用于把這些對(duì)象的作用域限定為被編譯源文件的剩余部分。通過(guò)外部static對(duì)象，可以把一些外部變量和函數(shù)隱藏在某個(gè)源文件中，使得這些外部變量和函數(shù)僅僅可以被該源文件使用和共享，但不能被該源文件之外的函數(shù)所引用。
另外，static說(shuō)明也可以用于說(shuō)明內(nèi)部變量。內(nèi)部靜態(tài)變量就像自動(dòng)變量一樣局部于某一個(gè)特定函數(shù)，只能在該函數(shù)中使用，但與自動(dòng)變量不同的是，不管其所作函數(shù)是否被調(diào)用，它都是一直存在的，而不像自動(dòng)變量那樣，隨著所在函數(shù)的調(diào)用與退出而存在與消失。換而言之，內(nèi)部靜態(tài)變量是一種只能在某一特定函數(shù)中使用的但一直占據(jù)存儲(chǔ)空間的變量。
一般情況下，為保證靜態(tài)外部變量和函數(shù)能夠被本源文件的函數(shù)所引用，需要在該源文件的所有函數(shù)之前定義靜態(tài)外部變量和函數(shù)。那么，該C源文件的內(nèi)容為：
#include “funcname.h”
/* for example, define one static external var and one static function */
static int VarName = 0;
static int function (int a)
{
// function body
}
/* other static vars and functions */
/* for example, define one function */
char func (char*, char)
{
VarName = 5;
function (VarName);
// other function body
}
/* other functions define */
