C：关于static 和 extern 关键字的介绍-学习笔记

JonlyMay 2024-08-09 15:35:02 阅读 89

1、作用域与生命周期

1.1 作用域

1.2 生命周期

1.3 变量的作用域和生命周期之间的关系

2、static 和 extern

2.1 static 修饰局部变量：

2.2 static 修饰全局变量（包含extern的作用）：

2.3 static修饰函数：

结语：

本篇文章将介绍两个关键字 static 、extern的作用

1、作用域与生命周期

在介绍 static 和 extern之前，我们需要先了解：作用域与生命周期

1.1 作用域

作用域（scope）是程序设计概念，通常来说，一段程序代码中所用到的名字并不总是有效（可用）的，而限定这个名字的可用性的代码范围就是这个名字的作用域。

局部变量的作用域是变量所在的局部范围。全局变量的作用域是整个工程（项目）。

该怎么理解呢？举个例子

<code>int main()

{

int a = 10;

printf("a1 = %d\n", a);

}

printf("a2 = %d\n", a);

return 0;

}

a1可以打印，a2不可以打印

从上图我们可以看到a2显示是未声明的标识符，是因为a2并不在int a = 10 所在的大括号内。

a只能在局部范围内使用。所以a的作用域就是大括号范围。

因此我们可以知道局部变量的作用域就是变量所在的局部范围。

那全局变量的作用域我们也就可以推算出来，全部变量的作用域是整个工程。

<code>int a = 10;//全局变量

void test()//子函数

{

printf("a3 = %d\n", a);

}

int main()//主函数

{

printf("a1 = %d\n", a);

}

printf("a2 = %d\n", a);

return 0;

}

不管a在哪里，只要在该工程内，都是可以使用的，所以全局变量的作用域是整个工程。

1.2 生命周期

生命周期指的是变量的创建(申请内存)到变量的销毁(收回内存)之间的⼀个时间段。

局部变量的生命周期是：进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束。全局变量的生命周期是：整个程序的生命周期。

这个该怎么理解呢？

首先是关于局部变量生命周期的理解：

int main()

{

int a = 10;

printf("a1 = %d\n", a);

}

printf("a2 = %d\n", a);

return 0;

}

图解：

从上图我们可以看到，当a出了大括号范围后，a就不能使用了

所以，当a创建的时候，生命周期开始，当a出作用域后就没法用了，所以被销毁，也就是生命周期结束。

所以局部变量的生命周期是：进入作用域变量创建，生命周期开始，出作用域生命周期结束

所以我们也可以认为全局变量的生命周期就是整个程序的生命周期。

1.3 变量的作用域和生命周期之间的关系

变量的作用域和生命周期密切相关，但又有所不同。

作用域决定了变量在程序中的哪些部分可以被访问和操作，而生命周期则决定了变量存在和有效的时间段。

一般来说，变量的作用域会影响其生命周期。

当一个变量具有局部作用域（例如在函数内部定义的非静态变量）时，它的生命周期通常与函数的执行相关。函数被调用时变量被创建，函数执行结束后变量被销毁，其生命周期相对较短。

而具有全局作用域的变量，或者在函数内部使用 static 关键字修饰的变量，其作用域通常更广，生命周期也更长，从程序开始运行一直到程序结束。

例如：

<code>void fun()

{

int a = 10; // 局部变量，作用域在 fun 函数内，生命周期随函数执行开始和结束

}

int b = 20; // 全局变量，作用域整个程序，生命周期整个程序

在上述示例中，a 的作用域仅限于 fun 函数，其生命周期也在函数执行期间。而 b 的作用域是整个程序，生命周期也是从程序启动到程序结束。

作用域限定了变量能被使用的范围，而生命周期决定了变量存在的时间跨度，作用域在一定程度上会反映和影响变量的生命周期。

2、static 和 extern

static 和 extern 都是C语⾔中的关键字。

static 是静态的的意思，可以用来：

修饰局部变量修饰全局变量修饰函数

extern 是用来声明外部符号的。

2.1 static 修饰局部变量：

代码1：不含static

void test()

{

int a = 5;

a++;

printf("%d ", a);

}

int main()

{

int i = 0;

for (i = 0; i < 6; i++)

{

test();

}

return 0;

}

该代码的结果会是多少呢？来一起看一下

欸，6个6，怎么得到的呢？

在上述代码中，test 函数内部定义的变量 a 是一个局部变量。

每次调用 test 函数时，都会为 a 分配新的内存空间，并初始化为 5 。然后 a 自增并打印其值。

在 main 函数的 for循环中，连续调用了 6 次 test 函数。

由于每次调用都是独立的，a 的值都会重新从 5 开始计算，然后自增到 6 并打印。

所以会连续打印出 6个6 。

代码2：含static

<code>void test()

{

static int a = 5;//加上static

a++;

printf("%d ", a);

}

int main()

{

int i = 0;

for (i = 0; i < 6; i++)

{

test();

}

return 0;

}

该代码的结果又会是什么呢？

现在的结果变为了6 7 8 9 10 11。为什么呢？

好像这里每一次调用函数后a产生的值没有被刷新，当下一次调用的时候，会继续使用上一次留下来的值。也就是说进来的a不会再重新创建。

为什么呢？我们可以通过对比来理解static的作用

代码1的test函数中的局部变量i是每次进入test函数先创建变量（生命周期开始）并赋值为0，然后 ++，再打印，出函数的时候变量⽣命周期将要结束（释放内存）。

代码2中，我们从输出结果来看，i的值有累加的效果，其实test函数中的i创建好后，出函数的时候是不会销毁的，重新进⼊函数也就不会重新创建变量，直接上次累积的数值继续计算。

我们知道内存被划分为栈区，堆区，和静态区

分别存放的东西：

栈区：局部变量、形式参数

堆区：动态内存分配，malloc，calloc，realloc等函数

静态区：全局变量，静态变量

结论：static修饰局部变量改变了变量的生命周期，生命周期改变的本质是改变了变量的存储类型，本来⼀个局部变量是存储在内存的栈区的，但是被 static 修饰后存储到了静态区。存储在静态区的变量和全局变量是一样的，生命周期就和程序的生命周期⼀样了，只有程序结束，变量才销毁，内存才回收。但是作用域不变的。

也就是说被static修饰的局部变量会增长生命周期，即使出了作用域，也不会被销毁。

当a被声明为static时，它具有以下特点：

只会被初始化一次。在函数调用之间，其值会被保留。

注意：static修饰的变量是可以被改变的。

2.2 static 修饰全局变量（包含extern的作用）：

首先，我们现在add.c文件定义一个全局变量int g_val = 2024;

然后再xu.c中使用全局变量intg_val

结果展示：

哎，为什么打印不出来呢？

这时候我们需要给代码做一点小小的改变，我们再int main()上面加上一行代码

extern int g_val; 这时候我们再来看一下

没有报错，成功打印了。

从上面对比你知道extern的作用了吗？

extern 是用来声明外部符号的，如果⼀个全局的符号在A文件中定义的，在B文件中想使用，就可以使用extern进行声明，然后使用。

如果我们用static来修饰全局变量会产生什么影响呢？来看一下

我们可以发现，原来可以运行的程序由于用static修饰int g_val无法运行了，这是为什么呢？

这就是static修饰全局变量的作用：

使用static修饰全局变量，会使得被static修饰的全局变量只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。

结论：

⼀个全局变量被static修饰，使得这个全局变量只能在本源文件内使用，不能在其他源文件内使用。本质原因是全局变量默认是具有外部链接属性的，在外部的文件中想使用，只要适当的声明就可以使用；但是全局变量被 static 修饰之后，外部链接属性就变成了内部链接属性，只能在自己所在的源文件内部使用了，其他源文件，即使声明了，也是无法正常使用的。

所谓的外部链接属性，就是可以跨文件使用。

使用建议：如果⼀个全局变量，只想在所在的源文件内部使用，不想被其他文件发现，就可以使用static修饰。