C语言---存储类

文章目录

[1. auto （自动存储类）](#1. auto （自动存储类）)
[2. register （寄存器存储类）](#2. register （寄存器存储类）)
[3. static （静态存储类）](#3. static （静态存储类）)
- [A. 静态局部变量（Static Local Variables）](#A. 静态局部变量（Static Local Variables）)
- [B. 静态全局变量/函数（Static Global Variables/Functions）](#B. 静态全局变量/函数（Static Global Variables/Functions）)
[4. extern （外部存储类）](#4. extern （外部存储类）)

存储类是C语言中一个非常重要的概念，它用于规定变量/函数的作用域（Scope）和生命周期（Lifetime）。
C语言中有四种主要的存储类说明符（Storage Class Specifiers）：
1、auto
2、register
3、static
4、extern

1. auto （自动存储类）

关键字： auto

作用域：局部（仅限于定义它的代码块内部，如函数内部、循环内部）。

生命周期：自动的。当程序进入定义它的代码块时被创建，当退出该代码块时被自动销毁。每次进入代码块都会重新初始化（如果进行了初始化的话）。

存储位置：内存的栈（Stack）区。

注意：所有局部变量默认的存储类，所以从不在代码中显式地写上 auto。auto 只能用在函数内，即 auto 只能修饰局部变量。

bash 复制代码

#include <stdio.h>

void myFunction() {
    auto int x = 10; // 等价于 int x = 10;
    printf("x = %d\n", x);
    x++;
}

int main() {
    myFunction(); // 输出：x = 10
    myFunction(); // 输出：x = 10 (每次调用都会重新创建和初始化x)
    return 0;
}

2. register （寄存器存储类）

关键字： register

存储位置：建议编译器将变量存储在CPU的寄存器（Register）中，而不是内存中，以期获得更快的访问速度。

重要限制：量的最大尺寸等于寄存器的大小（通常是一个字），不能对 register 变量使用取地址运算符 &，因为寄存器没有内存地址。

注意：这只是一个对编译器的建议（hint）。定义 'register' 并不意味着变量将被存储在寄存器中，它意味着变量可能存储在寄存器中，这取决于硬件和实现的限制。

c 复制代码

void calculate() {
    register int counter; // 建议编译器将counter放入寄存器
    for(counter = 0; counter < 10000; counter++) {
        // 频繁使用的循环变量是使用register的典型场景
    }
    // int *p = &counter; // 错误！不能获取register变量的地址
}

提醒：

不建议用于全局变量。

原因有以下两点：

a. 寄存器是稀缺资源

CPU中的寄存器数量非常有限（通常只有几十个），而且它们被系统用于各种关键操作。将一个全局变量长期占用一个寄存器是不现实且低效的，编译器几乎肯定会拒绝这个请求。

b. 取地址操作符 & 不可用

这是最直接的技术原因。register 关键字明确暗示该变量可能没有内存地址（因为它住在寄存器里）。因此，你不能对 register 变量使用取地址操作符 &。

3. static （静态存储类）

static 关键字用途很广，根据它修饰的是局部变量还是全局变量，含义有所不同。

A. 静态局部变量（Static Local Variables）

作用域：局部（仍然仅限于定义它的代码块内部）。

生命周期：静态的。它在程序整个运行期间都存在，不会随着函数调用结束而销毁。它只被初始化一次，下次函数调用时会保持上一次调用结束时的值。

存储位置：内存的数据段（Data Segment）或 BSS段。

bash 复制代码

#include <stdio.h>

void count() {
    static int c = 0; // 只初始化一次
    c++;
    printf("Count = %d\n", c);
}

int main() {
    count(); // 输出：Count = 1
    count(); // 输出：Count = 2 (保留了上一次的值)
    count(); // 输出：Count = 3
    return 0;
}

B. 静态全局变量/函数（Static Global Variables/Functions）

作用域：文件作用域（File Scope）。被 static 修饰的全局变量或函数，其作用域被限制在定义它的源文件内部，不能被其他源文件通过 extern 引用。

目的：用于实现封装和隔离，避免大型项目中多个源文件之间的命名冲突。

示例（两个文件）：

bash 复制代码

static int private_var = 50; // 只能被file1.c中的函数访问

static void private_function() { // 只能被file1.c中的函数调用
    printf("This is private to file1.c\n");
}

void public_function() {
    private_function();
    printf("Accessing private_var: %d\n", private_var);
}

bash 复制代码

extern void public_function(); // 可以，声明在file1.c中定义的全局函数

// extern int private_var;      // 错误！无法链接到file1.c中的private_var
// void private_function();     // 错误！无法链接到file1.c中的private_function

int main() {
    public_function();
    return 0;
}

4. extern （外部存储类）

关键字： extern

用途：用于声明一个在其他地方（通常是其他源文件）已经定义的全局变量或函数。它告诉编译器："这个变量/函数存在，但定义在别处，你去链接的时候再找它的具体位置"。

作用域：取决于它被声明的位置。如果是在函数内声明，则是块作用域；如果是在文件顶部声明，则是文件作用域。

生命周期：整个程序运行期。

存储位置：对于变量，位于数据段（Data Segment）或 BSS段。

示例（两个文件）：

global.h (头文件，可选)

bash 复制代码

extern int global_number; // 在头文件中声明外部变量
extern void display();    // 声明函数

file1.c (定义)

bash 复制代码

#include <stdio.h>
int global_number = 100; // 真正的定义，分配存储空间

void display() {
    printf("Global number is %d\n", global_number);
}

file2.c (使用)

bash 复制代码

#include <stdio.h>
// #include "global.h" // 也可以包含头文件，效果等同于下面两行
extern int global_number; // 声明，不分配存储空间，只是引用
extern void display();    // 声明

int main() {
    printf("%d\n", global_number); // 使用在file1.c中定义的变量
    display();                     // 调用在file1.c中定义的函数
    return 0;
}