存储类(storage class)

上一篇文章 中,分析了C语言中一个变量所具有的属性,这里再强调一下,一个变量的属性不仅仅是它的类型信息,一个变量应该具有的属性如下所示(需要注意的是,其实这里列出的属性并不完整,一个变量还有一些其他的属性信息,但是一个变量的存储模型主要是以下面这几个属性决定的,所以这里暂时先讨论这几个属性,其他的属性信息将在以后的文章中分析):

  • 类型
  • 存储时期
  • 作用域
  • 链接

这些属性的不同组合方式形成了变量的不同的存储模型(Storage Models)或称为存储类(Storage Class),C语言中一共有5种合法的不同存储类,如下图所示:

存储类

自动变量

自动存储类变量的具有的属性是:

  • 自动存储时期
  • 代码块作用域
  • 空链接

默认情况下,在代码块或函数中定义的任意变量都属于自动存储类的变量,也可以使用auto来显示的说明一个变量是自动存储类的变量。

自动存储类的变量可以理解为局部变量,只有程序执行到代码块内的定义时,变量才会被分配空间,当程序离开代码块时,分配的空间会被回收,变量也就消失了。

关于自动存储类变量,唯一需要注意的是,必须显示的进行初始化,否则变量的初始值可能是任意值。

寄存器变量

寄存器类变量具有的属性几乎和自动存储类是一样的:

  • 自动存储时期
  • 代码块作用域
  • 空链接

它和自动存储类在形式上唯一的区别是寄存器类变量是用关键字register修饰的,如下所示

int main(void)
{
    register int quick;
}

寄存器类变量其实是一种优化方式,它声明了一个请求,请求编译器将这个变量存放在寄存器中,从而加速这个变量的访问速度,对于一些高频访问的变量来说,这是很有用的优化方案。

但是,需要注意的是,register仅仅是一个请求而已,编译器需要根据当时上下文的情况决定是否将这个变量放入寄存器,因此,当这个变量没有被放入到寄存器中时,它和自动存储类具有相同的属性信息。但是,由于它被声明为一个寄存器类变量,寄存器是没有地址,因此不管是否真的被加载到寄存器中,都不能对寄存器类变量使用地址运算符。

具有代码块作用域的静态变量

这里的"静态"是指变量的存储时期是静态存储时期的,这类变量具有如下的属性:

  • 静态存储时期
  • 代码块作用域
  • 空链接

之前说过,在默认情况下,代码块或函数中定义的变量都是属于自动存储类的变量,这里就出现了非默认情况,当一个自动存储类的变量被关键字static修饰的时候,这个变量就具有了静态存储时期,但仍然保持代码块作用域空链接的属性。

上一篇文章中曾经提到static第一种用法,这里是它的第二种用法,这里在对一个具有代码块作用域的变量用static修饰的时候,static改变的是这个变量的存储时期

void trystat(void)
{
    int fade = 1;
    static int stay = 1;
    printf("fade= %d and stay = %d\n",fade++,stay++);
}

在上述代码中,trystat每次执行的时候,都会重新分配一块内存给fade变量,同时将其初始化为1,但是对于stay来说,它在一旦被创建,之后就永远不会被回收,之后每一次运行trystat函数,都不会为stay重新分配新的内存空间,因为它一直就存在着,它所占用的空间从没被回收过(静态存储时期的作用),但是这个stay变量只能在trystat函数中被访问 (代码块作用域的作用)。

最后需要注意的是,其实static int stay = 1;这一句代码并不是在函数执行时被运行的,它并不是函数的一部分,当程序进入函数时,stay就已经就位了,把这个语句放在函数中,只是为了告诉编译器,它的代码作用域只存在于trystat函数中。

具有外部链接的静态变量

具有文件作用域的变量自动(也是必须)具有静态存储时期,但是却可以有用不同的链接。

具有外部链接的静态变量(也称为外部存储类)具有如下的属性:

  • 静态存储时期
  • 文件作用域
  • 外部链接

把一个变量的定义放在所有函数之外,就创建了一个外部存储类变量,为了是程序更加清晰,可以在使用外部存储类变量的函数中通过extern关键字来再次声明它。如果变量是在别的文件中定义的,那就必须使用extern来声明该变量。如下面代码所示:

int Errupt;         //外部存储类的变量
double Up[100];     //外部存储类的变量
extern char Coal;   //必须声明,说明Coal的定义是在其他文件中

void next(void);
int main(void)
{
    extern in Errupt;   //可选声明

    extern double Up[]; //可选声明
    ...
}
void next(void)
{
    ...
}

需要注意的是,如果没有对一个外部存储类的变量进行初始化的话,它将会自动被赋值为0,这一点和自动存储类的变量是不同的,而且如果要对一个外部存储类的变量进行初始化,那么只能使用常量来初始化,而不能是一个变量。

int x = 10;     //正确
int y = 3 + 20  //正确
size_t z = sizeof(int);  //正确
int x2 = 2 * x;     //不正确,x是一个变量

具有内部链接的静态变量

这一类的存储类具有如下的属性:

  • 静态存储时期
  • 文件作用域
  • 内部链接

一个具有内部链接的静态变量是通过static变量进行声明的,当一个具有文件作用域的变量被使用static修饰时,这个变量就具有了内部链接,此处static关键字改变是变量的链接属性信息。

普通的外部存储类的变量可以被程序中任一文件中所包含的函数使用,而具有内部链接的静态变量只可以被与它在同一个文件中的函数所使用。

存储类说明符

C语言中一共有5个作为存储类说明符的关键字,它们是:

  • auto
  • register
  • static
  • extern
  • typedef

其中,关键字typedef与内存存储无关,只是语法的原因被归入此类。需要注意的是,这些说明符是不能同时出现在一个声明中的

说明符auto表明一个变量具有自动存储时期,只能作用于具有代码块作用域的变量,由于具有代码块作用域的变量默认都是自动存储时期的,因此这个关键字主要是用来明确程序员的意图的。

说明符register也只能用于具有代码块作用域的变量。它建议编译器将该变量归入寄存器。

说明符static比较复杂,它的作用根据上下文有所不同,如果它作用的变量具有代码块作用域,则被它作用的变量将会具有静态存储时期,改变的是变量的存储时期;如果被它作用的变量具有文件作用域,那么被它作用的变量将具有内部的链接,此时它改变的是变量的链接属性

说明符extern表明这是一个引用声明,具体的变量定义在其他文件中。

参考资料

  • 《C Primer Plus》

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