动态存储变量与静态存储变量

 在C语言中，每一个变量都有3个属性：一是“数据类型”，如int、float、char等，它确定了变量存储长度和运算方式；二是“作用域”，如上节所述，由变量所处的位置确定变量是局部变量还是全局变量，从而确定变量的作用域；三是“存储类别”，即变量在内存中的存储方式，不同的存储方式决定了变量存在的时间，即生存期。

     

  静态存储的变量是指变量在程序执行的全过程中始终占据着大小固定的存储单元，直到程序运行结束才予以释放。而动态存储的变量是指变量的存储单元在程序运行过程中由系统动态地分配和回收，当定义它们的函数被调用时分配内存，当定义它们的函数返回时系统收回变量所占内存。在C语言中，变量在内存中的存储方式可分为两大类：静态存储和动态存储。具体包含4种：

         

 ① auto型存储（自动的）；

              

 ② extern型存储（外部的）；

 

③ static型存储（静态的）；  

             

 ④ register型存储（寄存器的）。

   

C语言对每一个变量定义的一般格式为：

    [存储类型]  [数据类型]  变量名1，变量名2，……；

在定义变量时，存储类别和数据类型可以缺省一个，当存储类别缺省时，默认为auto型；当数据类型缺省时，默认为int型。

5.7.1  自动变量（auto型）

       

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。

       

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。

（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。

（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。

5.7.2  外部变量（extern型）

      

外部变量（即全局变量）是指在函数的外部定义的变量，它的作用域为从变量的定义处开始，到本程序文件的末尾，属于静态存储类别。在一个源文件中，可以通过关键字extern来扩大外部变量的作用域。

[例5-12]  利用extern扩大外部变量的作用域。

 

 int max(int x，int y)

      {    int z；

       

z=(x>y)? x：y；

     

  return z；

       }

  main( )

     {  extern a，b；

       

printf("%d"，max(a，b))；

     }

        int a=13，b=14；

       

主函数中用extern声明外部变量a、b，从而使它们的作用域从主函数内扩大本程序最后一行。若没有用extern声明外部变量a、b的语句，那么在编译printf语句时将会出错。因为尽管在本程序最后一行定义变量a、b为外部变量，但它是在printf语句后定义的，它的作用域仅局限于最后一句语句。

5.7.3  静态变量（static型）

       

局部变量是动态存储的变量，但是可以用存储类型说明符static将其定义为静态存储的变量。即用关键字static声明的局部变量称为静态局部变量，当系统为其分配存储单元后便一直占据，直到程序运行结束才释放所占据的内存空间。

    C语言中，一个源程序可以由一个或多个源文件（文件扩展名为c的文件）组成。如果在定义全局变量（外部变量）时，在前面再冠以static，就构成了静态的全局变量，静态全局变量的作用域只局限于定义它的源文件内，源程序中其他源文件不能使用。而一个源文件中定义的非静态全局变量（没有在前面冠以static），在源程序包含的各个源文件中都可以使用，使用时在前面加上extern。

5.7.4  寄存器变量（register型）

      

上述各类变量使用时都存放在内存中，因此当对一个变量频繁读写时，必须要反复访问内存，从而花费大量的存取时间。为此，Ｃ语言提供了另一种变量，即寄存器变量。这种变量存放在CPU的寄存器中，使用时，不需要访问内存，而直接从寄存器中读写，这样可提高效率。寄存器变量的说明符是register。对于循环次数较多的循环控制变量及循环体内反复使用的变量均可定义为寄存器变量。因为计算机系统中寄存器的数目是非常有限的，所以决定了在C语言程序中寄存器变量的数目有一定的限制。Turbo C允许同时定义两个寄存器变量，C语言编译系统会自动地将超过限制数目的寄存器变量当作自动变量进行处理。

5.8  内部函数和外部函数

    函数都是全局的，因为不能在函数内部定义另一个函数。但是，根据函数能否被其他源文件调用，将函数区分为内部函数和外部函数。

5.8.1  内部函数

    如果一个函数只能被本源文件中的其他函数所调用，它称为内部函数。在定义内部函数时，在函数名和函数类型前面加static，即：

       static 类型标识符  函数名(形参表) 

例如：static int f (int a，int b)；

    使用内部函数，可以使函数只局限于所在文件，如果在不同的文件中有同名的内部函数，互不干扰。如果在别的源文件中要调用这个函数f( )，则被认为是非法的。

5.8.2  外部函数

     在定义函数时，如果冠以关键字extern，表示此函数是外部函数，外部函数在整个源程序中都有效，其定义的一般形式为：

       extern 类型说明符 函数名(形参表)

例如：extern int f (int a，int b)；

如果在定义函数时省略 extern 或 static，则默认为外部函数。

C变量的存储方式-“静态存储”和“动态存储”

     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。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(全局变量)

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;

}

……

}

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。

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]

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、外部变量的类型说明符为extern。
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。全局变量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;

char c;

main()

{

……

}

F2.C

extern int a,b;

extern char c;

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。

三、静态变量
静态变量的类型说明符是static。 静态变量当然是属于静态存储方式，但是属于静态存储方式的量不一定就是静态变量， 例如外部变量虽属于静态存储方式，但不一定是静态变量，必须由 static加以定义后才能成为静态外部变量，或称静态全局变量。 对于自动变量，前面已经介绍它属于动态存储方式。 但是也可以用static定义它为静态自动变量，或称静态局部变量，从而成为静态存储方式。

由此看来， 一个变量可由static进行再说明，并改变其原有的存储方式。

1. 静态局部变量

在局部变量的说明前再加上static说明符就构成静态局部变量。

例如：

static int a,b;

static float array[5]={1,2,3,4,5}；

静态局部变量属于静态存储方式，它具有以下特点：

(1)静态局部变量在函数内定义，但不象自动变量那样，当调用时就存在，退出函数时就消失。静态局部变量始终存在着，也就是说它的生存期为整个源程序。

(2)静态局部变量的生存期虽然为整个源程序，但是其作用域仍与自动变量相同，即只能在定义该变量的函数内使用该变量。退出该函数后，尽管该变量还继续存在，但不能使用它。

(3)允许对构造类静态局部量赋初值。

(4)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。根据静态局部变量的特点，可以看出它是一种生存期为整个源程序的量。虽然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。因此，当多次调用一个函数且要求在调用之间保留某些变量的值时，可考虑采用静态局部变量。虽然用全局变量也可以达到上述目的，但全局变量有时会造成意外的副作用，因此仍以采用局部静态变量为宜。

[例5.15]main()

{

int i;

void f();

for(i=1;i<=5;i++)

f();

}

void f()

{

auto int j=0;

++j;

printf("%d\n",j);

}

程序中定义了函数f，其中的变量j 说明为自动变量并赋予初始值为0。当main中多次调用f时，j均赋初值为0，故每次输出值均为1。现在把j改为静态局部变量，程序如下：

main()

{

int i;

void f();

for (i=1;i<=5;i++)

f();

}

void f()

{

static int j=0;

++j;

printf("%d\n",j);

}

由于j为静态变量，能在每次调用后保留其值并在下一次调用时继续使用，所以输出值成为累加的结果。读者可自行分析其执行过程。

2.静态全局变量

     全局变量(外部变量)的说明之前再冠以static 就构成了静态的全局变量。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。 这两者在存储方式上并无不同。这两者的区别虽在于非静态全局变量的作用域是整个源程序，当一个源程序由多个源文件组成时，非静态的全局变量在各个源文件中都是有效的。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。由于静态全局变量的作用域局限于一个源文件内，只能为该源文件内的函数公用，因此可以避免在其它源文件中引起错误。从以上分析可以看出，把局部变量改变为静态变量后是改变了它的存储方式即改变了它的生存期。把全局变量改变为静态变量后是改变了它的作用域，限制了它的使用范围。因此static这个说明符在不同的地方所起的作用是不同的。应予以注意。

四、寄存器变量
上述各类变量都存放在存储器内， 因此当对一个变量频繁读写时，必须要反复访问内存存储器，从而花费大量的存取时间。为此，Ｃ语言提供了另一种变量，即寄存器变量。这种变量存放在CPU的寄存器中，使用时，不需要访问内存，而直接从寄存器中读写，这样可提高效率。寄存器变量的说明符是register。对于循环次数较多的循环控制变量及循环体内反复使用的变量均可定义为寄存器变量。

[例5.16]求∑200i=1imain()

{

register i,s=0;

for(i=1;i<=200;i++)

s=s+i;

printf("s=%d\n",s);

}

本程序循环200次，i和s都将频繁使用，因此可定义为寄存器变量。

对寄存器变量还要说明以下几点：

1. 只有局部自动变量和形式参数才可以定义为寄存器变量。因为寄存器变量属于动态存储方式。凡需要采用静态存储方式的量不能定义为寄存器变量。

2. 在Turbo C，MS C等微机上使用的Ｃ语言中，实际上是把寄存器变量当成自动变量处理的。因此速度并不能提高。而在程序中允许使用寄存器变量只是为了与标准C保持一致。3. 即使能真正使用寄存器变量的机器，由于CPU中寄存器的个数是有限的，因此使用寄存器变量的个数也是有限的。

内部函数和外部函数

     函数一旦定义后就可被其它函数调用。 但当一个源程序由多个源文件组成时， 在一个源文件中定义的函数能否被其它源文件中的函数调用呢?为此，Ｃ语言又把函数分为两类：

一、内部函数
如果在一个源文件中定义的函数只能被本文件中的函数调用，而不能被同一源程序其它文件中的函数调用， 这种函数称为内部函

数。定义内部函数的一般形式是： static 类型说明符 函数名(形参表) 例如：

static int f(int a,int b) 内部函数也称为静态函数。但此处静态static 的含义已不是指存储方式，而是指对函数的调用范围只局限于本文件。 因此在不同的源文件中定义同名的静态函数不会引起混淆。

二、外部函数
外部函数在整个源程序中都有效，其定义的一般形式为： extern 类型说明符 函数名(形参表) 例如：

extern int f(int a,int b)如在函数定义中没有说明extern或static则隐含为extern。在一个源文件的函数中调用其它源文件中定义的外部函数时，应用extern说明被调函数为外部函数。例如：

F1.C (源文件一)

main()

{

extern int f1(int i);

……

}

F2.C (源文件二)

extern int f1(int i);

{

……

}