C语言零基础入门级 函数的作用域+存储器【系统学习第七天】

C语言零基础入门级 函数大全+面试题全讲解

【1】C语言-》作用域基本概念

C语言中，标识符都有一定的可见范围，这些可见范围保证了标识符只能在一个有限的区域内使用，这个可见范围，被称为作用域（scope）。

*软件开发 中，尽量缩小标识符的作用域是一项基本原则，一个标识符的作用域超过它实际所需要的范围时，就会对整个软件的命名空间造成污染，导致一些不必要的名字冲突和误解。

【2】C语言-》函数声明作用域

概念：在函数的声明式中定义的变量，其可见范围仅限于该声明式。
示例：

void func(int fileSize, char *fileName);

要点： 变量 fileSize 和 fileName 只在函数声明式中可见。 变量 fileSize 和 fileName 可以省略，但一般不这么做，它们的作用是对参数的注解。

【3】C语言-》局部作用域

概念：在代码块中定义的变量，其可见范围从其定义处开始，到代码块结束为止。
示例：

int main()
{
    
    
    int a=1;
    int b=2;     // 变量 c 的作用域是第4行到第9行
    {
    
    
        int c=4;
        int d=5; // 变量 d 的作用域是第7行到第8行
        int a = 100;
    }
}

要点=： 代码块指的是一对花括号 { } 括起来的区域。 代码块可以嵌套包含，外层的标识符会被内嵌的同名标识符临时掩盖变得不可见。
代码块作用域的变量，由于其可见范围是局部的，因此被称为局部变量。

【4】C语言-》全局作用域

概念：在代码块外定义的变量，其可见范围可以跨越多个文件。
示例：

// 文件：a.c
int global = 888; // 变量 global 的作用域是第2行到本文件结束
int main()
{
    
    
}
void f()
{
    
     
}

// 文件：b.c
extern int global; // 声明在 a.c 中定义的全局变量，使其在 b.c 中也可见
extern void f();   

void f1()
{
    
    
    printf("global: %d\n", global);//888
}
void f2()
{
    
    
    f();//888
}

要点： 代码块指的是一对花括号 { } 括起来的区域。 代码块可以嵌套包含，外层的标识符会被内嵌的同名标识符临时掩盖变得不可见。
代码块作用域的变量，由于其可见范围是局部的，因此被称为局部变量。

【5】C语言-》作用域的临时掩盖{巧用}

如果有多个不同的作用域相互嵌套，那么小范围的作用域会临时 “遮蔽” 大范围的作用域中的同名标识符，被 “遮蔽”的标识符不会消失，只是临时失去可见性。

示例代码：

int a = 100;

// 函数代码块1
int main(void)
{
    
    
    printf("%d\n", a); // 输出100
    int a = 200;
    printf("%d\n", a); // 输出200
   
    // 代码块2 
    {
    
    
        printf("%d\n", a); // 输出200
        int a = 300;//局部变量
        printf("%d\n", a); // 输出300
    }
    printf("%d\n", a); // 输出200
}

void f()
{
    
    
    printf("%d\n", a); // 输出100
}

【6】C语言-》static关键字

C语言的一大特色，是相同的关键字，在不同的场合下，具有不同的含义。static关键字在C语言中有两个不同的作用：

将可见范围设定为标识符所在的文件：
修饰全局变量：使得全局变量由原来的跨文件可见，变成仅限于本文件可见。
修饰普通函数：使得函数由原来的跨文件可见，变成仅限于本文件可见。 将存储区域设定为数据段：
修饰局部变量：使得局部变量由原来存储在栈内存，变成存储在数据段.bss。
示例：

int a; // 普通全局变量，跨文件.C 可见 其他.c文件可见
static int b; // 静态全局变量，仅限本文件可见,本文件所有函数可见

void f1()        // 普通函数，跨文件可见，其他.c文件可见
{
    
    }

static void f2() // 静态函数，仅限本文件可见
{
    
    }

int main()
{
    
    
           int c; // 普通局部变量，存储于栈内存
    static int d; // 静态局部变量，存储于数据段
}

【7】C语言-》存储器基本概念

C语言中，变量都是有一定的生存周期的，所谓生存周期指的是从分配到释放的时间间隔。为变量分配内存相当于变量的诞生，释放其内存相当于变量的死亡。从诞生到死亡就是一个变量的生命周期。

根据定义方式的不同，变量的生命周期有三种形式：

1. 自动存储期
2. 静态存储期
3. 自定义存储期

【8】C语言-》自动存储期

在栈内存中分配的变量，统统拥有自动存储期，因此也都被称为自动变量。
这里自动的含义，指的是这些变量的内存管理不需要开发者操心，都是全自动的：在变量定义处自动分配，出了变量的作用域后自动释放。

以下三个概念是等价的：

自动变量：从存储期的角度，描述变量的时间特性。
临时变量：同上。
局部变量：从作用域的角度，描述变量的空间特性。 可以统一把它们称为栈变量，下面是示例代码：

int main()
{
    
    
    int a, b;     // 自动存储期
    static int c; // 加了static的局部变量不再是栈变量，而是静态数据了
    
    f(a, b);
}

void f(int x, int y) // 自动存储期
{
    
    
}

【9】C语言-》静态存储期

在数据段中分配的变量，统统拥有静态存储期，因此也都被称为静态变量。
这里静态的含义，指的是这些变量的不会因为程序的运行而发生临时性的分配和释放，它们的生命周期是恒定的，跟整个程序一致。

静态变量包含：

全局变量：不管加不加 static，任何全局变量都是静态变量。
static 型局部变量。

示例代码：

int g1;        // 静态存储期 [其他文件可见]
static int g2; // 静态存储期[其他文件不可见]

int main()
{
    
    
    int a, b;//[函数结束，变量值失效，释放]
    static int c; // 静态存储期 [函数结束，保留上一次的值]
}

注意1：

若定义时未初始化，则系统会将所有的静态数据自动初始化为0 静态数据初始化语句，只会执行一遍。
静态数据从程序开始运行时便已存在，直到程序退出时才释放。

注意2：

static修饰局部变量：使之由栈内存临时数据，变成了静态数据。
static修饰全局变量：使之由各文件可见的静态数据，变成了本文件可见的静态数据。

【10】C语言-》自定义存储期

在堆中分配的变量，统统拥有自定义存储期，也就是说这些变量的分配和释放，都是由开发者自己决定的。由于堆内存拥有高度自治权，因此堆是程序开发中用得最多的一片区域。

`相关API：
申请堆内存：malloc() / calloc()
清零堆内存：bzero()
释放堆内存：free()`

示例：

int *p = malloc(sizeof(int)); // 申请1块大小为 sizeof(int) 的堆内存
bzero(p, sizeof(int));        // 将刚申请的堆内存清零

*p = 100; // 将整型数据 100 放入堆内存中
free(p);  // 释放堆内存

// 申请3块连续的大小为 sizeof(double) 的堆内存
double *k = calloc(3, sizeof(double));

k[0] = 0.618;
k[1] = 2.718;
k[2] = 3.142;
free(k);  // 释放堆内存

注意：

malloc()申请的堆内存，默认情况下是随机值，一般需要用 bzero() 来清零。
calloc()申请的堆内存，默认情况下是已经清零了的，不需要再清零。
free()只能释放堆内存，不能释放别的区段的内存。

释放内存的含义：

释放内存意味着将内存的使用权归还给系统。 释放内存并不会改变指针的指向。

释放内存并不会对内存做任何修改，更不会将内存清零。

【11】 C语言-》本节问题解析

（作用域）
【1】回答如下问题：

C语言总共有多少种作用域？
如果同一个作用域中，出现重名标识符，会怎样？
如果在相互并存的两个作用域中，出现重名标识符，会怎样？
如果在相互嵌套的两个作用域中，出现重名标识符，会怎样？

解析：

三种，分别是：全局作用域、局部作用域和函数声明作用域。
会冲突，编译会报错。
没有关系，不会冲突，也不会掩盖。
外层的标识符会被内层的重名标识符掩盖。
比如：

int a = 1;
int main()
{
    
    
    printf("%d\n", a); // 正常输出1
    int a = 2;
    printf("%d\n", a); // 外层的全局变量被掩盖了，输出2
    {
    
    
        printf("%d\n", a);  //同上，输出2

        int a = 3;
        printf("%d\n", a); // 外层的局部变量被掩盖了，输出3
    }
    printf("%d\n", a);  // 输出2

    return 0;
}

void f()
{
    
    
    printf("%d\n", a); // 正常输出1
}

（存储期）
【2】回答如下问题：

C语言总共有多少种存储期？
如果一个变量定义为局部变量或者全局变量都无所谓，改怎么选择？
解析：

三种，分别是：自动存储期、静态存储期和自定义存储期。
优先选择局部变量，软件开发中一个基本的原则是：不管是空间范围的作用域，还是时间范围的存储期，一个标识符所能辐射的范围一般而言是越小越好，存在的时间越短越好。
原因是，如果标识符可被不需要它的代码块可见，那么在该代码块中就不能定义与之重名的标识符，这被称为“名字污染”；同理，如果标识符存续于不需要它的时间段内，那么在该时间段中无疑会既浪费存储资源，又可能产生不必要的冲突。

【3】某同学写了如下代码：

int main(void)
{
    
    
    char *p = malloc(20);
    strcpy(p, "abcdefg");

    free(p);
    printf("%s\n", p);

    return 0;
}

程序中的指针p，明明已经被 free 掉了，
为什么将这段代码编译后不仅不报错并且还能正常运行？
解析：

free的本质是释放p所指向的内存，即：将p指向的内存的使用权归还给了系统。还给系统之后，系统不一定会立即使用它，因此在 free之后再次使用这块内存，很有可能不会触发错误，这就像刚刚在酒店退了房，又偷偷返回房间，很可能不会酒店还没来得及将房间出租给其他人，因此不会发生问题，但这终归是一种错误。这样的代码是有严重安全隐患的。