C语言--作用域、存储期、链接

作用域

作用域描述程序中可访问标识符的区域。一个C变量的作用域可以是块作用域、函数作用域、函数原型作用域或文件作用域。

• 块作用域
  块是用一对花括号括起来的代码区域。例如，整个函数体是一个块，函数中的任意复合语句也是一个块。定义在块中的变量具有块作用域（block scope），块作用域变量的可见范围是从定义处到包含该定义的块的末尾。另外，虽然函数的形式参数声明在函数的左花括号之前，但是它们也具有块作用域，属于函数体这个块。

• 函数作用域
  函数作用域（function scope）仅用于goto语句的标签。这意味着即使一个标签首次出现在函数的内层块中，它的作用域也延伸至整个函数。如果在两个块中使用相同的标签会很混乱，标签的函数作用域防止了这样的事情发生。

• 函数原型作用域
  函数原型作用域（function prototype scope）用于函数原型中的形参名（变量名），如下所示：
  int mighty(int mouse, double large);
  函数原型作用域的范围是从形参定义处到原型声明结束。这意味着，编译器在处理函数原型中的形参时只关心它的类型，而形参名（如果有的话）通常无关紧要。而且，即使有形参名，也不必与函数定义中的形参名相匹配。只有在变长数组中，形参名才有用：
  void use_a_VLA(int n, int m, ar[n][m]);
  方括号中必须使用在函数原型中已声明的名称。

• 文件作用域
  变量的定义在函数的外面，具有文件作用域（file scope）。具有文件作用域的变量，从它的定义处到该定义所在文件的末尾均可见。

翻译单元和文件
通常认为的多个文件在编译器中可能以一个文件出现。例如，通常在源代码（.c扩展名）中包含一个或多个头文件（.h 扩展名）。头文件会依次包含其他头文件，所以会包含多个单独的物理文件。但是，C预处理实际上是用包含的头文件内容替换#include指令。所以，编译器源代码文件和所有的头文件都看成是一个包含信息的单独文件。这个文件被称为翻译单元（translation unit）。描述一个具有文件作用域的变量时，它的实际可见范围是整个翻译单元。如果程序由多个源代码文件组成，那么该程序也将由多个翻译单元组成。每个翻译单元均对应一个源代码文件和它所包含的文件。

链接

C 变量有 3 种链接属性：外部链接、内部链接或无链接。

具有块作用域、函数作用域或函数原型作用域的变量都是无链接变量。这意味着这些变量属于定义它们的块、函数或原型私有。

具有文件作用域的变量可以是外部链接或内部链接。外部链接变量可以在多文件程序中使用，内部链接变量只能在一个翻译单元中使用。

int giants = 5;　　　　　　　// 文件作用域，外部链接
static int dodgers = 3;　　 // 文件作用域，内部链接

int　main()
{
    ...
}
...

存储期

作用域和链接描述了标识符的可见性。存储期描述了通过这些标识符访问的对象的生存期。
C对象有4种存储期：静态存储期、线程存储期、自动存储期、动态分配存储期。
如果对象具有静态存储期，那么它在程序的执行期间一直存在。文件作用域变量具有静态存储期。注意，对于文件作用域变量，关键字 static表明了其链接属性，而非存储期。以static声明的文件作用域变量具有内部链接。但是无论是内部链接还是外部链接，所有的文件作用域变量都具有静态存储期。
线程存储期用于并发程序设计，程序执行可被分为多个线程。具有线程存储期的对象，从被声明时到线程结束一直存在。以关键字_Thread_local声明一个对象时，每个线程都获得该变量的私有备份。
块作用域的变量通常都具有自动存储期。当程序进入定义这些变量的块时，为这些变量分配内存；当退出这个块时，释放刚才为变量分配的内存。这种做法相当于把自动变量占用的内存视为一个可重复使用的工作区或暂存区。例如，一个函数调用结束后，其变量占用的内存可用于储存下一个被调用函数的变量。变长数组稍有不同，它们的存储期从声明处到块的末尾，而不是从块的开始处到块的末尾。

块作用域的静态变量

静态变量（static variable）听起来像是一个不可变的变量。实际上，静态的意思是该变量在内存中原地不动，并不是说它的值不变。
具有文件作用域的变量自动具有（也必须是）静态存储期。
可以创建具有静态存储期、块作用域的局部变量。这些变量和自动变量一样，具有相同的作用域，但是程序离开它们所在的函数后，这些变量不会消失。也就是说，这种变量具有块作用域、无链接，但是具有静态存储期。计算机在多次函数调用之间会记录它们的值。在块中（提供块作用域和无链接）以存储类别说明符static（提供静态存储期）声明这种变量

外部链接的静态变量

外部链接的静态变量具有文件作用域、外部链接和静态存储期。该类别有时称为外部存储类别（external storage class），属于该类别的变量称为外部变量（external variable）。把变量的定义性声明（defining declaration）放在在所有函数的外面便创建了外部变量。当然，为了指出该函数使用了外部变量，可以在函数中用关键字extern再次声明。如果一个源代码文件使用的外部变量定义在另一个源代码文件中，则必须用extern在该文件中声明该变量。
如下所示：

int Errupt;　　　　　　　　/* 外部定义的变量 */
double Up[100];　　　　　　/* 外部定义的数组 */
extern char Coal;　　　　　/* 如果Coal被定义在另一个文件，则必须这样声明 */
void　next(void);
int　main(void)
{
    extern int Errupt;　　 /* 可选的声明*/
    extern double Up[];　　/* 可选的声明*/
    ...
}
void　next(void)
{
    ...
}

注意，在main()中声明Up数组时（这是可选的声明）不用指明数组大小，因为第1次声明已经提供了数组大小信息。main()中的两条 extern 声明完全可以省略，因为外部变量具有文件作用域，所以Errupt和Up从声明处到文件结尾都可见。它们出现在那里，仅为了说明main()函数要使用这两个变量。