C语言程序设计入门讲座-第十讲:函数(4)

C语言程序设计入门讲座-函数(4)  

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　　变量的作用域

　　在讨论函数的形参变量时曾经提到， 形参变量只在被调用期间才分配内存单元，调用结束立即释放。 这一点表明形参变量只有在函数内才是有效的， 离开该函数就不能再使用了。这种变量有效性的范围称变量的作用域。不仅对于形参变量， C语言中所有的量都有自己的作用域。变量说明的方式不同，其作用域也不同。 C语言中的变量，按作用域范围可分为两种， 即局部变量和全局变量。

　　一、局部变量

　　局部变量也称为内部变量。局部变量是在函数内作定义说明的。其作用域仅限于函数内， 离开该函数后再使用这种变量是非法的。

　　例如：

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

　　m,n作用域 在函数f1内定义了三个变量，a为形参，b,c为一般变量。在 f1的范围内a,b,c有效，或者说a,b,c变量的作用域限于f1内。同理，x,y,z的作用域限于f2内。 m,n的作用域限于main函数内。关于局部变量的作用域还要说明以下几点：

　　1. 主函数中定义的变量也只能在主函数中使用，不能在其它函数中使用。同时，主函数中也不能使用其它函数中定义的变量。因为主函数也是一个函数，它与其它函数是平行关系。这一点是与其它语言不同的，应予以注意。

　　2. 形参变量是属于被调函数的局部变量，实参变量是属于主调函数的局部变量。

　　3. 允许在不同的函数中使用相同的变量名，它们代表不同的对象，分配不同的单元，互不干扰，也不会发生混淆。如在例5.3 中，形参和实参的变量名都为n，是完全允许的。4. 在复合语句中也可定义变量，其作用域只在复合语句范围内。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中定义了i,j,k三个变量，其中k未赋初值。 而在复合语句内又定义了一个变量k，并赋初值为8。应该注意这两个k不是同一个变量。在复合语句外由main定义的k起作用，而在复合语句内则由在复合语句内定义的k起作用。因此程序第4行的k为main所定义，其值应为5。第7行输出k值，该行在复合语句内，由复合语句内定义的k起作用，其初值为8，故输出值为8，第9行输出i，k值。i是在整个程序中有效的，第7行对i赋值为3，故以输出也为3。而第9行已在复合语句之外，输出的k应为main所定义的k，此k值由第4 行已获得为5，故输出也为5。

　　二、全局变量

　　全局变量也称为外部变量，它是在函数外部定义的变量。 它不属于哪一个函数，它属于一个源程序文件。其作用域是整个源程序。在函数中使用全局变量，一般应作全局变量说明。 只有在函数内经过说明的全局变量才能使用。全局变量的说明符为extern。 但在一个函数之前定义的全局变量，在该函数内使用可不再加以说明。 例如：

int a,b; /*外部变量*/
void f1() /*函数f1*/
{
……
}
float x,y; /*外部变量*/
int fz() /*函数fz*/
{
……
}
main() /*主函数*/
{
……
}/*全局变量x,y作用域 全局变量a,b作用域*/

　　从上例可以看出a、b、x、y 都是在函数外部定义的外部变量，都是全局变量。但x,y 定义在函数f1之后，而在f1内又无对x,y的说明，所以它们在f1内无效。 a,b定义在源程序最前面，因此在f1,f2及main内不加说明也可使用。

　　[例5.12]输入正方体的长宽高l,w,h。求体积及三个面x*y,x*z,y*z的面积。

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);
}

　　本程序中定义了三个外部变量s1,s2,s3， 用来存放三个面积，其作用域为整个程序。函数vs用来求正方体体积和三个面积， 函数的返回值为体积v。由主函数完成长宽高的输入及结果输出。由于C语言规定函数返回值只有一个， 当需要增加函数的返回数据时，用外部变量是一种很好的方式。本例中，如不使用外部变量， 在主函数中就不可能取得v,s1,s2,s3四个值。而采用了外部变量， 在函数vs中求得的s1,s2,s3值在main 中仍然有效。因此外部变量是实现函数之间数据通讯的有效手段。对于全局变量还有以下几点说明：

　　1. 对于局部变量的定义和说明，可以不加区分。而对于外部变量则不然，外部变量的定义和外部变量的说明并不是一回事。外部变量定义必须在所有的函数之外，且只能定义一次。其一般形式为： [extern] 类型说明符 变量名，变量名… 其中方括号内的extern可以省去不写。

　　例如： int a,b;

　　等效于：

　　extern int a,b;
　
　　而外部变量说明出现在要使用该外部变量的各个函数内， 在整个程序内，可能出现多次，外部变量说明的一般形式为： extern 类型说明符 变量名，变量名，…； 外部变量在定义时就已分配了内存单元， 外部变量定义可作初始赋值，外部变量说明不能再赋初始值， 只是表明在函数内要使用某外部变量。

　　2. 外部变量可加强函数模块之间的数据联系， 但是又使函数要依赖这些变量，因而使得函数的独立性降低。从模块化程序设计的观点来看这是不利的， 因此在不必要时尽量不要使用全局变量。

　　3. 在同一源文件中，允许全局变量和局部变量同名。在局部变量的作用域内，全局变量不起作用。

　　[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，外部变量在最后定义， 因此在前面函数中对要用的外部变量必须进行说明。外部变量l，w和vs函数的形参l，w同名。外部变量都作了初始赋值，mian函数中也对l作了初始化赋值。执行程序时，在printf语句中调用vs函数，实参l的值应为main中定义的l值，等于5，外部变量l在main内不起作用；实参w的值为外部变量w的值为4，进入vs后这两个值传送给形参l，wvs函数中使用的h 为外部变量，其值为5，因此v的计算结果为100，返回主函数后输出。变量的存储类型各种变量的作用域不同， 就其本质来说是因变量的存储类型相同。所谓存储类型是指变量占用内存空间的方式， 也称为存储方式。

　　变量的存储方式可分为“静态存储”和“动态存储”两种。

　　静态存储变量通常是在变量定义时就分定存储单元并一直保持不变， 直至整个程序结束。5.5.1节中介绍的全局变量即属于此类存储方式。动态存储变量是在程序执行过程中，使用它时才分配存储单元， 使用完毕立即释放。 典型的例子是函数的形式参数，在函数定义时并不给形参分配存储单元，只是在函数被调用时，才予以分配， 调用函数完毕立即释放。如果一个函数被多次调用，则反复地分配、 释放形参变量的存储单元。从以上分析可知， 静态存储变量是一直存在的， 而动态存储变量则时而存在时而消失。我们又把这种由于变量存储方式不同而产生的特性称变量的生存期。 生存期表示了变量存在的时间。 生存期和作用域是从时间和空间这两个不同的角度来描述变量的特性，这两者既有联系，又有区别。 一个变量究竟属于哪一种存储方式， 并不能仅从其作用域来判断，还应有明确的存储类型说明。

　　在C语言中，对变量的存储类型说明有以下四种：

　　auto　　　　 自动变量
　　register 　　寄存器变量
　　extern 　　　外部变量
　　static 　　　静态变量

　　自动变量和寄存器变量属于动态存储方式， 外部变量和静态变量属于静态存储方式。在介绍了变量的存储类型之后， 可以知道对一个变量的说明不仅应说明其数据类型，还应说明其存储类型。 因此变量说明的完整形式应为： 存储类型说明符 数据类型说明符 变量名，变量名…； 例如：

　　static int a,b; 　　　　　　　　　 说明a,b为静态类型变量
　　auto char c1,c2; 　　　　　　　　　说明c1,c2为自动字符变量
　　static int a[5]={1,2,3,4,5}; 　　　说明a为静整型数组
　　extern int x,y; 　　　　　　　　　 说明x,y为外部整型变量

　　下面分别介绍以上四种存储类型：

　　一、自动变量的类型说明符为auto

　　这种存储类型是C语言程序中使用最广泛的一种类型。C语言规定， 函数内凡未加存储类型说明的变量均视为自动变量， 也就是说自动变量可省去说明符auto。 在前面各章的程序中所定义的变量凡未加存储类型说明符的都是自动变量。例如：

{ int i,j,k;
char c;
……
}等价于： { auto int i,j,k;
auto char c;
……
}

　　自动变量具有以下特点：

　　1. 自动变量的作用域仅限于定义该变量的个体内。在函数中定义的自动变量，只在该函数内有效。在复合语句中定义的自动变量只在该复合语句中有效。 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. 自动变量属于动态存储方式，只有在使用它，即定义该变量的函数被调用时才给它分配存储单元，开始它的生存期。函数调用结束，释放存储单元，结束生存期。因此函数调用结束之后，自动变量的值不能保留。在复合语句中定义的自动变量，在退出复合语句后也不能再使用，否则将引起错误。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是在复合语句内定义的自动变量，只能在该复合语句内有效。而程序的第9行却是退出复合语句之后用printf语句输出s,p的值，这显然会引起错误。

　　3. 由于自动变量的作用域和生存期都局限于定义它的个体内( 函数或复合语句内)， 因此不同的个体中允许使用同名的变量而不会混淆。 即使在函数内定义的自动变量也可与该函数内部的复合语句中定义的自动变量同名。例5.14表明了这种情况。

　　[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函数中和复合语句内两次定义了变量s,p为自动变量。按照C语言的规定，在复合语句内，应由复合语句中定义的s,p起作用，故s的值应为a+ a，p的值为a*a。退出复合语句后的s,p 应为main所定义的s,p，其值在初始化时给定，均为100。从输出结果可以分析出两个s和两个p虽变量名相同， 但却是两个不同的变量。

　　4. 对构造类型的自动变量如数组等，不可作初始化赋值。

　　二、外部变量外部变量的类型说明符为extern

　　在前面介绍全局变量时已介绍过外部变量。这里再补充说明外部变量的几个特点：

　　1. 外部变量和全局变量是对同一类变量的两种不同角度的提法。全局变是是从它的作用域提出的，外部变量从它的存储方式提出的，表示了它的生存期。

　　2. 当一个源程序由若干个源文件组成时， 在一个源文件中定义的外部变量在其它的源文件中也有效。例如有一个源程序由源文件F1.C和F2.C组成： F1.C

int a,b; /*外部变量定义*/
char c; /*外部变量定义*/
main()
{
……
}

　　F2.C

extern int a,b; /*外部变量说明*/
extern char c; /*外部变量说明*/
func (int x,y)
{
……
}

　　在F1.C和F2.C两个文件中都要使用a,b,c三个变量。在F1.C文件中把a,b,c都定义为外部变量。在F2.C文件中用extern把三个变量说明为外部变量，表示这些变量已在其它文件中定义，并把这些变量的类型和变量名，编译系统不再为它们分配内存空间。 对构造类型的外部变量， 如数组等可以在说明时作初始化赋值，若不赋初值，则系统自动定义它们的初值为0。 

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