C语言全局变量和局部变量总结

本文详细解析了C语言中的变量类型,包括局部变量、全局变量及其作用域,并探讨了静态存储与动态存储的区别。此外,还介绍了内存分区、变量存储机制及寄存器变量的应用。

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-----2016年11月18日


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第一部分问题:

今天一个小伙伴问我一个问题,如图程序1:



咋一看没有问题啊,后来想想确实有问题,这个c=a+a;似乎是语句,必须在函数体内才能执行,后来就看到这么一句话:

赋值语句需要有函数执行,c语言最基本的执行体是函数,你可以初始化,但不能在函数体外赋值。

在VC++中,确实出错,指针的地方出错,错误提示:


错误说的是:初始化必须是一个常量。

然后我就去掉运算的c。如图程序2:


显示可以正常运行的。然后就比较郁闷,就问了QQ好友(矩阵)。正确答案如下:

函数体外只能进行初始化,不能进行赋值运算。如图程序3:


提示的错误是:变量a被重复赋初值。

其实正确的理解就是:函数体外只能进行初始化,不能进行赋值运算。为什么第二个程序可以执行?

因为,C语言执行过程中,对代码进行了优化,把程序2中的 int a; a=10;  优化为一句话:int a=10;这就是初始化。所以程序2是正确的,程序3中,初始化过程中:int a=10;int a=17;肯定就出错了。重复初始化。程序1中,语句必须在函数体内执行,函数体外只能进行初始化。


第二部分全局变量与局部变量

定义:

局部变量(Local Variable):定义在函数体内部的变量,作用域仅限于函数体内部。离开函数体就会无效。再调用就是出错。

全局变量(Global Variable):定义:所有的函数外部定义的变量,它的作用域是整个程序,也就是所有的源文件,包括.c和.h文件。

全局变量的例子,如图程序4:

提示的错误是 变量 x 没有定义,原因是:

C语言代码是从前往后依次执行的,由于 x 定义在函数 func1() 之后,所以在 func1() 内无效;修改程序如下,程序5:



可以看出,输出正确的答案,所以全局变量必须定义在我们需要用它的函数体之前。

然后,在看下局部变量:


注意事项:

①在main函数中定义的变量也是局部变量,只能在main函数中使用;同时,main函数中也不能使用其他函数中定义的变量。main函数也是一个函数,与其它函数地位平等。

②形参变量、在函数体内定义的变量都是局部变量,实参给形参传值的过程也就是给局部变量赋值的过程。

③可以在不同的函数中使用相同的变量名,它们表示不同的数据,分配不同的内存,互补干扰,也不会发生混乱。

④在语句块(由一对{}包含的若干条语句)中也可以定义变量,它的作用域只限于当前的语句块。


一道综合练习题:



①先调用fun1(),在fun1()中,有局部变量n,所以输出的结果是  n:20;

②对于fun2(),使用了形参,形参的作用范围也是整个函数内(实参给形参传值的过程也就是给局部变量赋值的过程),所以输出的结果是  n:30;

③对于fun3(),没有局部变量,所以全局变量定义的 n 对所有的函数都可见。所以输出的结果是  n:10;

④根据局部变量注意事项第四条。所以输出的结果是  n:40;

⑤3C语言规定,只能从小的作用域向大的作用域中去寻找变量,而不能反过来,使用更小的作用域中的变量。对于 main() 函数,即使代码块中的 n 离输出语句更近,但它仍然会使用 main() 函数开头定义的 n,所以输出结果是 30。


所以结果是:



第三部分内存的分区和变量的存储


内存中供用户使用的存储空间分为三部分:程序区  、静态存储区、动态存储区。

变量的分类:

①从空间上分配:从变量的作用域可以分成:局部变量和全局变量。

②从变量的存在时间(生存周期)可以分成:静态存储和动态存储。

静态存储:程序在运行期间分配固定的存储方式。

动态存储:程序在运行期间根据需要动态的分配存储空间。

全局变量全部存储在静态存储区。在程序开始执行过程中给全局变量分配空间,程序执行完毕就释放空间。程序执行过程中固定的分配空间,而不需要动态进行分配是释放。

动态存储区主要存放以下数据:函数的形参、自动变量(没有加static的局部变量)、函数调用的现场现场保护和返回值。

动态存储区的数据,在函数开始调用时分配动态存储空间,函数结束时释放这些空间。

C语言中每个变量有两个属性:第一数据类型;第二存储属性。

auto 变量:

函数中的局部变量,如果不专门的声明为 static存储,都是动态分配存储空间。数据存储在动态存储区内。函数中的形参和函数中的变量都属于此类,调用该函数时候系统自动的分配空间,在函数结束的时候,释放该空间。这些局部变量被称为自动变量。自动变量用 auto关键字声明(可以省略auto )。

static 变量:

有时候希望我们调用的函数在释放的时候不消失能保留原值,这就需要定义为静态局部变量。用关键字 static声明。
看一段程序:


对静态局部变量的说明:
1)静态局部变量属于静态存储类别,在静态存储区内分配存储单元。在程序整个运行期间都不释放。而自动变量(即动态局部变量)属于动态存储类别,占动态存储空间,函数调用结束后即释放。
2)静态局部变量在编译时赋初值,即只赋初值一次;而对自动变量赋初值是在函数调用时进行,每调用一次函数重新给一次初值,相当于执行一次赋值语句。
3)如果在定义局部变量时不赋初值的话,则对静态局部变量来说,编译时自动赋初值0(对数值型变量)或空字符(对字符变量)。而对自动变量来说,如果不赋初值则它的值是一个不确定的值。

register变量
为了提高效率,C语言允许将局部变量得值放在CPU中的寄存器中,这种变量叫“寄存器变量”,用关键字register作声明。

说明:
1) 只有局部自动变量和形式参数可以作为寄存器变量;
2)一个计算机系统中的寄存器数目有限,不能定义任意多个寄存器变量;
3)局部静态变量不能定义为寄存器变量。


用extern声明外部变量
外部变量(即全局变量)是在函数的外部定义的,它的作用域为从变量定义处开始,到本程序文件的末尾。如果外部变量不在文件的开头定义,其有效的作用范围只限于定义处到文件终了。如果在定义点之前的函数想引用该外部变量,则应该在引用之前用关键字extern对该变量作“外部变量声明”。表示该变量是一个已经定义的外部变量。有了此声明,就可以从“声明”处起,合法地使用该外部变量。

extern 例子:


在 main 函数体外定义的变量,A 、B(外部变量:它的作用域为从变量定义处开始,到本程序文件的末尾。)。想要在main中引用必须加关键字:extern 。


第三部分:C语言的堆与栈

和栈的第一个区别就是申请方式不同:栈(英文名称是stack)是系统自动分配空间的,例如我们定义一个 char a;系统会自动在栈上为其开辟空间。而堆(英文名称是heap)则是程序员根据需要自己申请的空间,例如malloc(10);开辟十个字节的空间。由于栈上的空间是自动分配自动回收的,所以栈上的数据的生存周期只是在函数的运行过程中,运行后就释放掉,不可以再访问。而堆上的数据只要程序员不释放空间,就一直可以访问到,不过缺点是一旦忘记释放会造成内存泄露。






<think>首先,用户的问题是关于C语言全局变量局部变量的概念、区别及使用方法。我需要根据系统级指令来构建回答:1.**行内数学表达式**:使用`$...$`格式。但在这个问题中,可能不需要数学表达式,因为主题是编程变量。如果没有数学内容,就不需要强制添加。2.**独立公式**:如果有公式,使用`$$...$$`并单独成段。同样,这里可能不适用。3.**LaTeX语法正确**:确保任何数学内容使用正确LaTeX。4.**使用中文回答**:整个回答必须用中文。5.**生成相关问题**:在回答结束时,生成3个相关问题。6.**引用标识**:在回答中引用的段落末尾添加引用标识,如`[^1]`。用户提供了几个引用,我需要参考它们来构建回答。用户提供了几个引用:-[^1]:解释全局变量在所有函数外部定义,作用域是整个程序。-[^2]:强调全局变量在整个程序运行期间都存在,默认初始化为0。-[^3]:说明全局变量在程序整个执行过程中占用内存,用于函数间通信;局部变量通常在函数内定义。-[^4]:一个代码示例,展示全局变量的使用。用户的问题是:“我想理解C语言全局变量局部变量的概念及区别请问C语言全局变量局部变量区别及使用方法”我的回答需要:-结构清晰,逐步解决问题。-保证真实可靠:基于C语言知识。-参考提供的引用,在适当的地方添加引用标识。**回答结构**:1.**介绍概念**:定义全局变量局部变量。2.**详细区别**:作用域、生命周期、初始化、使用场景等。3.**使用方法**:如何声明、定义使用它们。4.**代码示例**:展示简单例子。5.**注意事项**:常见错误或最佳实践。6.**生成相关问题**:在结束时添加3个相关问题。**添加引用**:在引用内容后添加标识。例如,如果我从引用[^1]中取内容,就加`[^1]`。**确保中文**:整个回答用中文。**生成相关问题**:结束时,添加类似示例的“§§相关问题§§”部分,列出3个问题。现在,构建回答内容:-**概念**:-全局变量:在所有函数外部定义的变量,作用域是整个程序。引用[^1]。-局部变量:在函数内部定义的变量,作用域仅限于该函数或块内。-**区别**:-作用域:全局变量整个程序可见;局部变量只在定义它的函数内可见。[^1]-生命周期:全局变量从程序启动到结束都存在;局部变量在函数调用时创建,函数返回时销毁。[^2]-初始化:全局变量默认初始化为0;局部变量如果不初始化,值是未定义的(垃圾值)。[^2],[^3]-内存占用:全局变量在整个执行过程中占用内存;局部变量只在函数执行时占用。[^3]-使用目的:全局变量用于函数间共享数据;局部变量用于函数内部计算。[^3]-**使用方法**:-声明全局变量:在函数外部定义,如`intglobalVar;`-声明局部变量:在函数内部定义,如`intlocalVar;`-示例代码:基于引用[^4]或其他,展示简单代码。-**注意事项**:-全局变量可能导致代码耦合度高,不易维护,应谨慎使用。-局部变量更安全,避免命名冲突。-全局变量可以大写开头以区分(可选)。[^3]最后,生成相关问题,如:1.全局变量局部变量在内存管理方面有什么不同?2.如何在C语言中正确使用全局变量避免副作用?3.局部变量在递归函数中的应用有哪些注意事项?确保回答真实可靠:基于标准C语言知识。</think>### C语言全局变量局部变量的概念、区别及使用方法 在C语言中,变量根据定义位置作用域分为全局变量局部变量。理解它们的区别使用方法对编写高效、可维护的代码至关重要。下面我将逐步解释相关概念、核心区别及实际应用。 #### 1. **基本概念** - **全局变量**:在所有函数外部(包括 `main` 函数)定义的变量,其作用域默认覆盖整个程序的所有源文件(例如 `.c` `.h` 文件)。这意味着程序中的任何函数都可以访问修改它。全局变量在程序启动时创建,程序结束时销毁。[^1] - 示例定义:`int globalVar;` // 定义在函数外部 - **局部变量**:在函数内部(或代码块内部,如循环或条件语句)定义的变量,其作用域仅限于定义它的函数或块内。局部变量仅在函数调用时创建,函数返回时销毁,外部函数无法直接访问。[^3] - 示例定义:`void func() { int localVar; }` // 定义在函数内部 #### 2. **核心区别** 全局变量局部变量的差异主要体现在作用域、生命周期、初始化方式内存管理上。以下表格总结了关键区别: | **特性** | **全局变量** | **局部变量** | **引用来源** | |----------------|--------------------------------------------|--------------------------------------------|--------------| | **作用域** | 整个程序(所有函数可见) | 仅限定义它的函数或代码块内 | [^1], [^3] | | **生命周期** | 从程序启动到结束(全程存在) | 函数调用时创建,函数返回时销毁 | [^2], [^3] | | **初始化** | 默认自动初始化为0(如 `int a;` 的值为0) | 未初始化时值为随机(垃圾值),需手动初始化 | [^2], [^3] | | **内存占用** | 整个执行过程中持续占用内存 | 仅在函数执行时临时占用内存 | [^3] | | **使用目的** | 用于函数间共享数据,简化通信 | 用于函数内部临时计算,避免副作用 | [^3] | | **命名惯例** | 通常首字母大写以区分(如 `GlobalVar`) | 无特殊惯例,小写字母常见 | [^3] | - **关键细节**: - 全局变量的修改会影响所有函数:如果在某个函数中改变全局变量的值,其他函数中该变量的值也会同步变化,因为它们引用同一内存地址。[^3] - 局部变量更安全:避免命名冲突(不同函数可使用同名局部变量),减少程序耦合。 - 性能影响:全局变量在程序全程占用内存,可能增加开销;局部变量仅在需要时分配内存,效率更高。[^3] #### 3. **使用方法及示例** 正确使用全局变量局部变量需遵循以下原则: - **全局变量的使用场景**: - 当多个函数需要共享同一数据时(如配置参数或计数器)。 - 示例:在多个函数中读写同一变量。 ```c #include <stdio.h> int counter = 0; // 全局变量,默认初始化为0 void increment() { counter++; // 任何函数可修改 } int main() { printf("初始值: %d\n", counter); // 输出: 初始值: 0 increment(); printf("修改后: %d\n", counter); // 输出: 修改后: 1 return 0; } ``` 此例中,`counter` 在 `main` `increment` 函数间共享。[^2] - **局部变量的使用场景**: - 函数内部临时存储,无需跨函数共享。 - 示例:函数内计算。 ```c #include <stdio.h> void calculateSum() { int a = 5, b = 10; // 局部变量,作用域仅在 calculateSum int sum = a + b; printf(": %d\n", sum); // 输出: : 15 } int main() { calculateSum(); // printf("%d", a); // 错误!a 不可访问 return 0; } ``` 局部变量 `a`、`b` `sum` 仅在 `calculateSum` 内有效。 - **混合使用注意事项**: - 避免全局变量滥用:过度使用可能导致代码难维护(如“面条代码”)。建议优先使用局部变量,仅在必要时用全局变量。 - 初始化问题:局部变量必须手动初始化,否则值不确定;全局变量可依赖默认初始化。[^2] - 作用域冲突:如果局部变量全局变量同名,函数内优先使用局部变量全局变量被“遮蔽”)。 ```c #include <stdio.h> int num = 100; // 全局变量 void func() { int num = 50; // 局部变量,遮蔽全局变量 printf("局部 num: %d\n", num); // 输出: 50 } int main() { func(); printf("全局 num: %d\n", num); // 输出: 100 return 0; } ``` #### 4. **最佳实践与常见错误** - **最佳实践**: - 限制全局变量数量:用参数传递数据替代全局共享。 - 使用 `static` 关键字:创建文件作用域的全局变量(仅当前源文件可见),减少冲突。 - 初始化局部变量:防止未定义行为。 - **常见错误**: - 未初始化局部变量:导致不可预测结果(如 `int x; printf("%d", x);` 输出随机值)。 - 全局变量在头文件中定义:可能引发多重定义错误;应在 `.c` 文件中定义,在 `.h` 中用 `extern` 声明。 - 引用顺序问题:全局变量需在函数前定义,否则编译错误(如引用[^4] 中 `func` 访问未定义的 `b`)。 通过合理使用全局变量局部变量,您可以提升代码的模块化可靠性。在实际项目中,建议优先采用局部变量以保持代码清晰。
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