一起学习C语言：函数(二)

上一篇<一起学习C语言：函数(一)> 中，我们了解了函数的概念，以及函数实现与程序编译过程。本章节，我们分析内部函数和外部函数，以及变量的生命周期。

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4. 外部函数与内部函数
 4.1 外部函数
 4.2 内部函数
 5. 变量的生命周期与作用域
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章节内容：

4. 外部函数与内部函数

默认情况下，我们定义或声明的函数属于“外部”函数，又称为“全局”函数。全局函数即可以被本文件中的其他函数调用，也可以被其他文件中的函数调用。首先，我们分析函数如何在其他文件中调用到。
接下来，编写一个多文件工程(预编译加载函数实现)：

math.c代码：

           int Add(int a, int b)
           {
               return a + b;
           }

main.c代码：

#include <stdio.h>
#include “math.c”

           int main()
           {
               int res = Add(2, 3);
               printf(“res:%d.”, res);
               return 0;
           }

在这个工程中，math.c属于源文件，main.c属于主文件(包含main函数)。我们在math.c文件内实现了Add全局函数，在main.c内的main内调用Add函数。这个程序中，我们相当于把math.c当做头文件使用，为什么是这样呢？接下来，我们分析一下编译过程：

一. 预编译：

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在控制台中输入gcc -E main.c -o main.i，预处理器把main.c中包含的文件经过预处理后写入main.i，打开main.i文件可以看到stdio.h和math.c文件预处理后的内容，而Add函数定义也在这一步保存在了main.i文件中。

二. 编译为汇编代码：

在控制台中输入gcc -S main.i -o main.s，编译器把main.i中的内容转换为汇编代码后写入main.s，打开main.s文件可以看到Add和main函数定义的汇编实现代码，以及main函数调用Add函数的过程。

三. 生成为目标文件：

在控制台中输入gcc -c main.s -o main.o，汇编器把mian.s中的内容编译为机器码后写入main.o，这里面就包含了供程序执行使用的Add和main函数的实现部分(可以通过hexdump -C main指令查看具体内容)。

四. 链接：

在控制台中输入gcc -o main main.o，链接器把main.o中的Add和main函数实现部分打包生成一个可执行程序main(可以通过hexdump -C main指令查看具体内容)。

实际编译：

实际编译时我们不需要了解其中的细节，控制台中输入gcc -o main main.c。

另一种形式，编写一个多文件工程(链接加载函数实现)：

math.c代码：

           int Add(int a, int b)
           {
               return a + b;
           }

math.h代码：

extern int Add(int a, int b);

main.c代码：

#include <stdio.h>
#include “math.h”

           int main()
           {
               int res = Add(2, 3);
               printf(“res:%d.”, res);
               return 0;
           }

在这个工程中，math.c属于源文件，math.h属于头文件，main.c属于主文件(包含main函数)。我们在math.c文件内实现了Add全局函数，在math.h文件内声明Add全局函数，在main.c内的main内调用Add函数。这个程序中，我们相当于把math.c当做外部库使用(链接时加载)，而math.h内的Add函数声明作为生成目标文件(main.o)时的Add函数原型配对。

实际编译：

在上个示例中，我们了解工程编译过程，这里我们简单介绍一下编译流程。
控制台中输入gcc -o main main.c math.c，这里相当于把main.c和math.c当做两个模块分别执行预编译、编译为汇编代码、生成为目标文件，每一步得到两个文件，比如分别执行gcc -E main.c -o main.i、gcc -E math.c -o math.i后，得到main.i和math.i。执行到链接时，把main.o和math.o中的Add、main函数实现部分打包生成一个可执行程序main。

4.1 外部函数

上述示例中，我们了解了自定义函数如何编译到可执行程序中，以及在别的文件内的调用方式。实际编程时，如果被调用的函数定义不在本文件中，可以通过在函数声明左侧增加extern关键字，表示这个函数来自外部(别的文件或外部库)。比如，我们为程序执行预编译操作后，查看main.i文件可以了解到Add函数声明，参考图4-1。

在这里插入图片描述

图4-1 预处理文件

   C语言中，函数声明分为两种形式：一种是形式声明(函数原型，上述所说的函数声明)，另一种是实体声明(函数定义)。
   当程序编译时，一个函数可以存在多个形式声明，只能存在一个实体声明。比如上述示例中，可以在main.c中形式声明Add函数，但不能实体声明Add函数。
   形式声明的作用也可以分为两种情况：一种是为了编程人员方便查看函数原型，另一种是在生成目标文件时编译器匹配函数原型。

4.2 内部函数

在定义函数时，可以通过指定函数存储类别表示函数的作用域 (6)。函数存储类别分为“static”和上述所说的“extern”，其中static表示内部函数，extern表示外部函数。
定义函数时，如果省略extern关键字，则默认为是外部函数。但定义内部函数时，不能省略static关键字。
内部函数定义形式：

           static 返回类型函数名称(参数列表)
           {
               函数体
           }

内部函数定义举例：

           static void func(int a)
           {
               printf(“a的值为:%d”, a);
           }

内部函数又称为静态函数，它只能被本文件内的其他函数所调用。使用内部函数可以确保其他文件中即使有相同命名的内部函数，也互不干扰。

(6)：编程世界中，作用域一般表示某个变量、某个常量、某个函数的可使用范围区域。比如Add全局函数可以在math.c文件内使用，也可以在main.c文件内使用，它的作用域属于整个工程内。

5. 变量的生命周期与作用域

在之前编写的示例中，我们都是在函数中定义变量。比如在main函数中定义int a、自实现函数中定义char c等，这些变量随函数入栈 (7) 后分配栈内的内存空间(一般称作压入栈)，然后随函数出栈时反顺序出栈(后入先出)，最后栈地址跳转到函数入栈时的地址。从这里我们可以了解到，函数中定义的变量生命周期随函数入栈分配变量内存空间生效，随函数出栈时失效，这类变量统称为局部变量。当然，局部变量还有另外一种情况，在变量定义时指定存储类别改变变量的生命周期。
总体来看，在一个函数内部定义的变量只在本函数内有效，也可以认为只能在本函数中使用这个变量，而这个变量的有效范围也是由“作用域”表示。

(7)：栈内存属于扩充形式增长内存。比如当前栈内存分配100k，如果在一个函数中栈内存用到500k，则栈内存自动扩充到500k(大致数据，满足栈内存需求)，当这个函数退出后栈内存还是会保持在500k，一直到进程退出后归还栈内空间。

首先，我们了解局部变量的定义方式：

1.在函数内的开头定义变量：

在这里插入图片描述