全局变量与局部变量的小结

全局变量、局部变量和作用域

我们把函数中定义的变量称为局部变量(Local Variable),由于形参

相当于函数中定义的变量,所以形参也是一种局部变量

在这里“局部”有两层含义:

1、一个函数中定义的变量不能被另一个函数使用。例如print_time 中

的 hour 和 minute在 main函数中没有定义,不能使用,同样main 函数中

的局部变量也不能被 print_time 函数使用。如果这样定义:void print_time(int hour, int minute)

{

        printf("%d:%d\n", hour, minute);

}

int main(void)

{

       int hour = 23, minute = 59;

       print_time(hour, minute);

       return 0;

}

main 函数中定义了局部变量 hour,print_time 函数中也有参数hour,虽

然它们名称相同,但仍然是两个不同的变量,代表不同的存储单元。main

函数的局部变量 minute 和 print_time函数的参数 minute也是如此。

2、每次调用函数时局部变量都表示不同的存储空间。局部变量在每次

函数调用时分配存储空间,在每次函数返回时释放存储空间,例如调用

print_time(23, 59)时分配hour 和minute 两个变量的存储空间,在里面

分别存上 23和 59,函数返回时释放它们的存储空间,下次再调用

print_time(12, 20)时又分配hour 和minute 的存储空间,在里面分别存

上 12 和 20。与局部变量的概念相对的是全局变量(Global Variable),全局变量定

义在所有的函数体之外,它们在程序开始运行时分配存储空间,在程序

结束时释放存储空间,在任何函数中都可以访问全局变量,例如:

例 . 全局变量

#include <stdio.h>

int hour = 23, minute = 59;

void print_time(void)

{

printf("%d:%d in print_time\n", hour, minute);

}

int main(void)

{

print_time();

printf("%d:%d in main\n", hour, minute);

return 0;

}

正因为全局变量在任何函数中都可以访问,所以在程序运行过程中全局

变量被读写的顺序从源代码中是看不出来的,源代码的书写顺序并不能

反映函数的调用顺序。程序出现了 Bug 往往就是因为在某个不起眼的地方对全局变量的读写顺序不正确,如果代码规模很大,这种错误是很

难找到的。而对局部变量的访问不仅局限在一个函数内部,而且局限在

一次函数调用之中,从函数的源代码很容易看出访问的先后顺序是怎样

的,所以比较容易找到Bug。因此,虽然全局变量用起来很方便,但一

定要慎用,能用函数传参代替的就不要用全局变量。

如果全局变量和局部变量重名了会怎么样呢?如果上面的例子改为:

例 . 作用域

局部变量可以用类型相符的任意表达式来初始化,而全局变量只能用常

量表达式(Constant Expression)初始化。例如,全局变量pi 这样

初始化是合法的:

double pi = 3.14 + 0.0016;但这样初始化是不合法的:

double pi = acos(-1.0);

然而局部变量这样初始化却是可以的。程序开始运行时要用适当的值来

初始化全局变量,所以初始值必须保存在编译生成的可执行文件中,因

此初始值在编译时就要计算出来,然而上面第二种Initializer 的值必须

在程序运行时调用 acos 函数才能得到,所以不能用来初始化全局变量。

请注意区分编译时和运行时这两个概念。为了简化编译器的实现,C语

言从语法上规定全局变量只能用常量表达式来初始化,因此下面这种全

局变量初始化是不合法的:

int minute = 360;

int hour = minute / 60;

虽然在编译时计算出 hour 的初始值是可能的,但是minute / 60 不是常

量表达式,不符合语法规定,所以编译器不必想办法去算这个初始值。

如果全局变量在定义时不初始化则初始值是 0,如果局部变量在定义时

不初始化则初始值是不确定的。所以,局部变量在使用之前一定要先赋

值,如果基于一个不确定的值做后续计算肯定会引入Bug。

如何证明“局部变量的存储空间在每次函数调用时分配,在函数返回时

释放”?

例 . 验证局部变量存储空间的分配和释放#include <stdio.h>

void foo(void)

{

int i;

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

i = 777;

}

int main(void)

{

foo();

foo();

return 0;

}

第一次调用 foo函数,分配变量i 的存储空间,然后打印i 的值,由于

i 未初始化,打印的应该是一个不确定的值,然后把i 赋值为777,函

数返回,释放i 的存储空间。第二次调用foo 函数,分配变量i 的存储

空间,然后打印i 的值,由于i 未初始化,如果打印的又是一个不确定

的值,就证明了“局部变量的存储空间在每次函数调用时分配,在函数

返回时释放”。分析完了,我们运行程序看看是不是像我们分析的这样:

134518128777

结果出乎意料,第二次调用打印的i 值正是第一次调用末尾赋给i 的值

777。

是我记错了?

是教材写错了?

我们再做一次实验,在两次foo 函数调用之间插一个别的函数调用,结

果就大不相同了:

int main(void)

{

foo();

printf("hello\n");

foo();

return 0;

}

结果是:

134518200

hello

0

这一回,第二次调用foo 打印的i 值又不是777 了而是0,“局部变量的

存储空间在每次函数调用时分配,在函数返回时释放”这个结论似乎对了,但另一个结论又不对了:全局变量不初始化才是0 啊,不是说“局

部变量不初始化则初值不确定”吗?

关键的一点是,我说“初值不确定”,有没有说这个不确定值不能是0?

有没有说这个不确定值不能是上次调用赋的值?

不要把必要条件(Necessary Condition)当充分条件(Sufficient

Condition),这一点在 Debug 时尤其重要,看到错误现象不要轻易断

定原因是什么,一定要考虑再三,找出它的真正原因。

研究“函数的调用过程”就能解释这些现象了。

从 “自定义函数”介绍的语法规则可以看出,非定义的函数声明也可以写

在局部作用域中,例如:

int main(void)

{

void print_time(int, int);

print_time(23, 59);

return 0;

}

这样声明的标识符 print_time 具有局部作域,只在main 函数中是有效的

函数名,出了main 函数就不存在print_time 这个标识符了。写非定义的函数声明时参数可以只写类型而不起名,例如上面代码中的

void print_time(int, int);,只要告诉编译器参数类型是什么,编译器

就能为 print_time(23, 59)函数调用生成正确的指令。另外注意,虽然在

一个函数体中可以声明另一个函数,但不能定义另一个函数,C语言不

允许嵌套定义函数