c/c++ 中變量的存儲類別

1. 變量分類

1. 從變量的作用域
   
   • 全局變量
     在函數外部定義的變量被稱作外部變量或全局變量。
   • 局部變量
     在函數內部定義的變量，只在本函數內部有效。
2. 從變量的存儲時間（生存週期）
   
   • 靜態存儲方式
     程序運行期間固定分配的存儲空間。
   • 動態存儲方式
     程序運行期間動態分配的存儲空間。

2. 內存分區

參考《Windows內存管理》

全局變量，靜態變量都存儲在“靜態存儲區”；

函數的形式參數，自動變量（未加 static 聲明的局部變量），函數調用時的現場保護和返回地址，這些都存儲在“動態存儲區”。

在 c 語言中，每一個變量和函數都有兩個屬性：數據類型和數據的存儲類別。

數據類型：字符型，整型，浮點型等

存儲類別：靜態存儲和動態存儲。

對變量的聲明有四種基本的類型： auto 變量，static 變量，register 變量，extern 變量。

3. auto 變量

函數中的局部變量，如果不專門聲明爲 static 存儲類別，那麼都是動態分配存儲空間。

關鍵字 auto可以省略，如果不寫，都隱含確定爲“動態存儲類別”。

int fx(int a)
{
    auto int b, c = 3; // 等價於 int b, c = 3;
    ...
}

執行完 fx 函數後，a，b，c 所在的存儲單元自動釋放。

4. static 聲明局部變量

用static 申請的局部變量在函數抵用結束時不消失，而是保留原值，下一次調用時，該變量值依然保持。

#include <iostream>

void FileOneFxOne()
{
    int iA = 0;
    static int iStatic = 1;
    iA++;
    iStatic++;

    std::cout << "局部變量 iA = " << iA << std::endl;
    std::cout << "局部靜態變量 iStatic = " << iStatic << std::endl;
}

int main()
{
    std::cout << "第一次調用：" << std::endl;
    FileOneFxOne();
    std::cout << "\n第二次調用：" << std::endl;
    FileOneFxOne();

    return 0;
}

第幾次調用	起始	結束
第一次調用	iA = 0; iStatic = 1	iA = 1; iStatic = 2
第二次調用	iA = 0; iStatic = 2	iA = 1; iStatic = 3
第三次調用	iA = 0; iStatic = 3	iA = 1; iStatic = 4

5. register 變量

一般情況，變量都存在內存中，c 語言允許將局部變量的值放在 CPU 的寄存器中，寄存器的存取速度遠遠大於內存的存取速度。

void fx()
{
    register int i;
    ...
}

只有局部自動變量和形參可以作爲寄存器變量，局部靜態變量不能作爲寄存器變量。

當今的優化編譯器可以自動識別使用頻繁的變量，從而自動將這些變量放在寄存器中。

6. 用 extern 聲明外部變量

用 extern來聲明外部變量，是爲了擴展外部變量的作用域。

int main()
{
    extern A;
    A++;
    ...
}

int A = 0;

int fx()
{
    ...
}

由於 全局變量 A 定義在 mian 函數之後，所以如果不使用 extern 關鍵字，編譯器將報錯。

extern 也可以將全局變量的範圍擴展到同一源程序的不同文件之中，如下所示：

• file1.cpp

#include <iostream>
#include "FileTwo.h"

int iGlobal = 3;

int main()
{
    std::cout << "main : iGobal = " << iGlobal << std::endl;
    FileTwo();
    std::cout << "main : iGobal = " << iGlobal << std::endl;
    FileTwo();

    return 0;
}

• file2.cpp

#include "FileTwo.h"
#include <iostream>

extern int iGlobal;

void FileTwo()
{
    iGlobal++;
    std::cout << "FileTwo : iGlobal = " << iGlobal << std::endl;
}

• file2.cpp 頭文件

#ifndef FILETWO_H
#define FILETWO_H

void FileTwo();

#endif

• 輸出結果

  main : iGobal = 3
  FileTwo : iGlobal = 4
  main : iGobal = 4
  FileTwo : iGlobal = 5

在一個文件中定義的外部變量，在另一個文件中通過 extern 來聲明。

7. 內部函數和外部函數

內部函數：只能被文本中其他函數調用。如：

static int fx();

static 使其局部化，不能被其他文件引用。

外部函數：在函數的最左端加上關鍵字 extern，則表示可以被其他函數調用，如：

extern int fx();

c語言中規定，如果在定義函數時省略 extern，則隱含爲外部函數，在需要調用此函數的文件中，用extern對函數做聲明。

8. static 的全局與局部

全局變量：

1. 普通全局變量：作用域是整個源程序，在同一源文件的不同文件中可見
2. static 全局變量：作用域是所在的源文件，只能被定義該變量的文件中可見

局部變量：

1. 普通局部變量：運行時賦值，每調用一次賦一次值，調用結束自動釋放。
2. static 局部變量：程序編譯時賦值，只初始化一次，函數調用結束其值依然存在，不釋放。

函數：

1. 普通函數：可以被同一源程序中的其他函數調用。
2. static 靜態函數：只在定義該函數的文件中可見，不能被源程序中的其他文件使用。

9. 參考

《c程序設計》第三版