C/C++中存儲類型修飾符的區別（auto、static、register、extern、volatile、restrict）

一、局部變量和全局變量：

（1）局部變量：局部變量也叫自動變量，它聲明在函數開始，生存於棧，它的生命隨着函數的返回而結束。

#include <stdio.h>

int main(void)
{
    auto int i = 9; <span style="white-space:pre">  </span>//聲明局部變量的關鍵字是 auto; 因可以省略,所以幾乎沒人使用

    printf("%d\n", i);
    getchar();
    return 0;
}

（2）全局變量：全局變量聲明在函數體外，一般應在函數前。每個函數都可以使用它，不過全局變量應儘量少用。

#include <stdio.h>

void add(void);
void mul(void);

int gi = 3; <span style="white-space:pre">      </span>//全局變量（聲明在函數外）

int main(void)
{
    printf("%d\n", gi); //輸出的是 3

    add();
    printf("%d\n", gi); //輸出的是 5

    mul();
    printf("%d\n", gi); //輸出的是 10

    getchar();
    return 0;
}

void add(void) {
    gi += 2;
}

void mul(void) {
    gi *= 2;
}

全局變量會被初始化爲空, 而局部變量在沒有賦值前是一個垃圾值：

#include <stdio.h>

int gi;<span style="white-space:pre">           </span>//全局變量

int main(void)
{
    int i;<span style="white-space:pre">        </span>//局部變量

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

    getchar();
    return 0;
}

當全局變量與局部變量重名時，使用的是局部變量：

#include <stdio.h>

int a = 111, b = 222;

int main(void)
{
    int a = 123;
    printf("%d,%d\n", a, b);<span style="white-space:pre">  </span>//輸出的是 123，222

    getchar();
    return 0;
}

二、對象的生存週期（lifetime）

（1）靜態生存週期（即全局變量的生存週期）

具有靜態生存週期的所有對象，都是在程序開始執行之前就被事先創建和初始化。它們的壽命覆蓋整個程序的執行過程。如在函數內定義了一個static變量，那第一次調用該函數後，該變量的值將會被保留，當第二次被調用時，該變量的值還是第一次調用結束時的值。

（2）自動生存週期（即局部變量的生存週期）

自動生存週期的對象的壽命由“對象定義所處在的大括號{}”決定。每次程序執行流進入一個語句塊，此語句塊自動生存週期的對象就會被創建一個新實例，同時被初始化。

三、標識符的鏈接（linkage）

（1）外部鏈接

表示在整個程序中（多個程序文件）是相同的函數或對象。常見的有，在函數體外聲明的extern變量。

（2）內部鏈接

表示只在當前程序文件中是相同的函數或對象。其它程序文件不能對其進行訪問。常見的有，在函數體外聲明的static變量。

（3）無鏈接

一般聲明在函數內部的auto、register變量、還有函數的參數，都是無鏈接。它的作用域是函數內部。

四、存儲類型修飾符總結：

存儲類型修飾符可以修改標識符的鏈接和對應對象的生存週期；標識符有鏈接，而非生命週期；對象有生存週期，而非鏈接；函數標識符只可用static、extern修飾，函數參數只可用register修飾。

（1）auto（對應自動生存週期）

auto修飾符只能用在函數內的對象聲明中，即僅在語句塊內使用。

聲明中有auto修飾符的對象具有自動生存週期。

它們僅存在於被定義的當前執行代碼塊中，即局部變量在進入模塊時生成，在退出模塊時消亡。

定義局部變量的最常見的代碼塊是函數。 語言中包括了關鍵字auto，它可用於定義局部變量。但自從所有的非全局變量的缺省值假定爲auto以來，auto就幾乎很少使用了。

（2）static（對應靜態生存週期）

如果是定義在函數外，那麼該對象具有內部鏈接，其它程序文件不能對其訪問。如果是定義在函數內，那麼該對象具有無鏈接，函數外不能對其訪問。

（注意：static變量初始化時，只能用常量）

用 static 關鍵字修飾的局部變量稱爲靜態局部變量。

靜態局部變量存值如同全局變量，區別在於它只屬於擁有它的函數，它也和全局變量一樣會被初始化爲空。

#include <stdio.h>

void fun1(void);
void fun2(void);

int main(void)
{
    int i;

    for (i = 0; i < 10; i++) fun1();
    printf("---\n");
    for (i = 0; i < 10; i++) fun2();

    getchar();
    return 0;
}

void fun1(void) {
    int n = 0;<span style="white-space:pre">            </span>//一般的局部變量
    printf("%d\n", n++);
}

void fun2(void) {
    static int n;<span style="white-space:pre">     </span>//靜態局部變量，會被初始化爲空
    printf("%d\n", n++);
}

用 static 關鍵字修飾的全局變量是靜態全局變量，靜態全局變量只能用於定義它的單元。

//譬如在 File1.c 裏面定義了:
static int num = 99;  /* 去掉前面的 static 其他單元纔可以使用 */

//在 File2.c 裏使用:
#include <stdio.h>

extern int num;

int main(void)
{
    printf("%d\n", num);

    getchar();
    return 0;
}

用靜態變量記錄函數被調用的次數：

#include <stdio.h>

int fun(void);

int main(void)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 10; i++) {
        printf("函數被調用了 %2d 次;\n", fun());
    }
    getchar();
    return 0;
}

int fun(void) {
    static int n;
    return ++n;
}

（3）const

（4）extern（對應靜態生存週期）

extern 意爲“外來的”。它的作用在於告訴編譯器：這個變量或者函數的定義在別的地方，當遇到此變量或函數時應到其他模塊中尋找其定義。

（PS：這個變量，它可能不存在於當前的文件中，但它肯定要存在於工程中的某一個源文件中或者一個Dll的輸出中。）

#include <stdio.h>

extern int g1;

int main(void)
{
    extern int g2;<span style="white-space:pre">    </span>//告訴編譯器g2定義在其他地方

    printf("%d,%d\n", g1,g2);
    getchar();
    return 0;
}

int g1 = 77;
int g2 = 88;

使用extern時，注意不能重複定義，否則編譯報錯，如：

程序文件一：

extern int a = 10; <span style="white-space:pre">   </span>//編譯警告，extern的變量最好不要初始化

程序文件二：

extern int a = 20; <span style="white-space:pre">   </span>//重複定義，應改爲extern int a;

（一般最好這樣，如果需要初始化，可把extern修飾符去掉（但也不要重複定義），另外如果其它程序文件也需要用到該變量，可用extern來聲明該變量。這樣會比較清晰。）

另外，extern也可用來進行鏈接指定。

（5）volatile

（6）register（即寄存器變量，對應自動生存週期）

當聲明對象有自動生存週期時，可以使用register修飾符。因此，register也只能用在函數內的聲明中。

register修飾符暗示編譯程序相應的變量將被頻繁地使用，如果可能的話，應將其保存在CPU的寄存器中（而不是棧或堆），以加快其存儲速度。然而，編譯器不見得會這麼做，因此效果一般般。瞭解一下就行，不建議使用。

#include <stdio.h>
#include <time.h>

#define TIME 1000000000

int m, n = TIME;<span style="white-space:pre">      </span>//全局變量

int main(void)
{
    time_t start, stop;

    register int a, b = TIME;<span style="white-space:pre"> </span>//寄存器變量
    int x, y = TIME;<span style="white-space:pre">      </span>//一般變量

    time(&start);
    for (a = 0; a < b; a++);
    time(&stop);
    printf("寄存器變量用時: %d 秒\n", stop - start);

    time(&start);
    for (x = 0; x < y; x++);
    time(&stop);
    printf("一般變量用時: %d 秒\n", stop - start);

    time(&start);
    for (m = 0; m < n; m++);
    time(&stop);
    printf("全局變量用時: %d 秒\n", stop - start);

    getchar();
    return 0;
}

使用register修飾符有幾點限制：

　　首先，register變量必須是能被CPU所接受的類型。這通常意味着register變量必須是一個單個的值，並且長度應該小於或者等於整型的長度。不過，有些機器的寄存器也能存放浮點數。

　　其次，因爲register變量有可能被存放到寄存器中而不是內存中，所以不能用“&”來獲取register變量的地址。

　　總的來說，由於寄存器的數量有限，而且某些寄存器只能接受特定類型的數據（如指針和浮點數），因此真正起作用的register修飾符的數目和類型都依賴於運行程序的機器，而任何多餘的register修飾符都將被編譯程序所忽略。

　　在某些情況下，把變量保存在寄存器中反而會降低程序的運行速度。因爲被佔用的寄存器不能再用於其它目的；或者變量被使用的次數不夠多，不足以裝入和存儲變量所帶來的額外開銷。

　　早期的C編譯程序不會把變量保存在寄存器中，除非你命令它這樣做，這時register修飾符是C語言的一種很有價值的補充。然而，隨着編譯程序設計技術的進步，在決定那些變量應該被存到寄存器中時，現在的C編譯環境能比程序員做出更好的決定。實際上，許多編譯程序都會忽略register修飾符，因爲儘管它完全合法，但它僅僅是暗示而不是命令。

（7）缺省修飾符

函數內，與auto相同，函數外，與extern相同。

五、概括性例子：

int func1(void); <span style="white-space:pre"> </span>//func1具有外部鏈接
int a = 10; <span style="white-space:pre">      </span>//a具有外部鏈接，靜態生存週期
extern int b = 1; <span style="white-space:pre">    </span>//b具有外部鏈接，靜態生存週期。但編譯會有警告extern變量不應初始化，同時也要注意是否會重複定義
static int c; <span style="white-space:pre">        </span>//c具有內部鏈接，靜態生存週期
static int e; <span style="white-space:pre">        </span>//e具有內部鏈接，靜態生存週期
static void func2(int d)
{
<span style="white-space:pre">  </span>//func2具有內部鏈接；參數d具有無鏈接，自動生存週期
<span style="white-space:pre">  </span>extern int a; <span style="white-space:pre"> </span>//a與上面的a一樣（同一變量），具有外部鏈接，靜態生存週期。注意這裏的不會被默認初始爲0,它只是個聲明
<span style="white-space:pre">  </span>int b = 2; <span style="white-space:pre">    </span>//b具有無鏈接，自動生存同期。並且將上面聲明的b隱藏起來
<span style="white-space:pre">  </span>extern int c; <span style="white-space:pre"> </span>//c與上面的c一樣，維持內部鏈接，靜態生存週期。注意這裏的不會被默認初始爲0,它只是個聲明
<span style="white-space:pre">  </span>//如果去掉了extern修飾符，就跟b類似了，無鏈接，自動生存週期，把上面聲明的c隱藏起來
<span style="white-space:pre">  </span>static int e; <span style="white-space:pre"> </span>//e具有無鏈接，靜態生存週期。並且將上面聲明的e隱藏起來；初始化值爲0
<span style="white-space:pre">  </span>static int f; <span style="white-space:pre"> </span>//f具有無鏈接，靜態生存週期
}

相關鏈接參考：

http://developer.51cto.com/art/201105/261465.htm

http://apps.hi.baidu.com/share/detail/30353645

http://www.cnblogs.com/del/archive/2008/12/04/1347305.html