[轉]static 變數與函數

第 9 章變數的生命期與使用範圍
變數可分成區域 (local 或 dynamic 或 block) 變數與全域 (global) 變數，其記憶體的分配方式與時段都不太相同，

於第 9.1 節將介紹區域變數。
於第 9.2 節將介紹全域變數。
於第 9.3 節將介紹一些物件(辨識體)的區域性與全域性的關係。
於第 9.4 節將介紹加上 static 修飾詞的變數與函數的性質。
本章主要內容如下：

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第 9.1 節區域變數
在一個 block，即於大括號內定義的變數都是區域變數，於該區域變數的名稱是唯一的。因此，在 main 或任意一函數內定義的變數都是區域性的，其生命期 — 即有記憶體配置與該變數 — 為程式執行該 block 的開始至該 block 結束，程式的執行一離開含變數定義的 block 則該變數就不存在。
例 1. 一程式的大綱含變數的宣告如下：

    1.    void f(int i)
    2.    { int j;.....}
    3.    void main()
    4.    {int a;
    5.    .....
    6.        {int i;.....
    7.        }
    8.       f(a);
    9.    }

說明：

程式的執行由 main 開始因此，執行時第 4 行的區域變數 a 已經存在，但第 6 行的變數 i 則尚未成形，函數 f 的引數 i 與變數 j 亦不存在。

程式執行第 6 行區域變數 i 才存在。程式執行至第 8 行，該變數 i 就消失了。

程式執行第 8 行呼叫函數 f 時，引數 i 及變數 j 方產生。函數 f 執行結束後，引數 i 及變數 j 均消失不存在，除非再呼叫函數 f，這些引數及變數才重新出現。

一個區域變數其使用範圍僅限於含變數定義的 block。因此，在該 block 各地都可引用該變數名稱。由於 block 可含 block 形成階層式的架構，因此可能產生內外 block 都定義同名稱的變數，此時，內部 block 的區域變數可蓋過外部 block 的區域變數，即在內部 block 所引用的變數名稱都是引用內部 block 的變數而非外部的 block 的變數。由例 2 來說明此現象。
例 2.

      1.  main()          
      2.  {   int i,j;
      3.      i=10; j=5;
      4.      {  int i; 
      5.         i=j++;
      6.         printf("i=%d,j=%dn",i,j);
      7.      }
      8.      printf("i=%d,j=%dn",i,j);
      9.  }

說明：

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第 9.2 節全域變數
在函數之外宣告或定義的變數都是全域變數。全域變數於程式編譯之後就存在一直到程式的結束才消失，其使用範圍為自檔案的宣告或定義處開始至檔案的結束，其名稱於一個檔案也必須是唯一的。
全域變數的使用，其好處是減少函數呼叫的引數個數，其壞處是程式較不易維修、除錯。
註：函數的呼叫其 side-effect (副作用)愈少愈好，即函數的呼叫會改變函數外變數的值。將於例 3 說明。
如果區域變數與全域變數同名，則全域變數的使用範圍就不包含區域變數的使用範圍。
於例 3 將說明全域變數的上述性質。
例 3. 全域變數的使用範圍。

1.   int s=0;
2.   int square(int i)  
3.   { s=i+1; printf("s=%d,i=%dn",s,i);
4.     return i*i;
5.   }
6.   int t=1;
7.   main()
8.   { int s=10;
9.     t=square(s);
10.    printf("s=%d,t=%dn",s,t);
11.  }

說明：

例 3 含 2 個全域變數 s1及 t6， s1的使用範圍為整個檔案扣去第 7 行至第 11 行，因 main() 有區域變數 s8。

於第 9 行，呼叫函數 square，傳 10 出去，傳 100 回來給變數 t。

呼叫函數 square 的過程中，有一 side-effect(副作用) 即改變了全域變數 s1 的值，因此， square 的語意並不僅含將引數 i 平方而已，此函數已不能形成一獨立的模組，因此，維修變得較難，同時程式也較不易讓人看懂。

程式執行的結果為

  s=11,i=10
  s=10,t=100

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第 9.3 節物件的區域性與全域性
不僅變數的宣告或定義具有區域性與全域性，事實上任意一辨識體(物件) 如 struct、 typedef、 enum、巨集的宣告、函數的定義等，其使用範圍的規則也相同。
C 程式函數的定義不像 Pascal，函數不能定義在另一個函數之內。因此，函數都具有全域性。一般而言，我們會宣告一個函數在檔頭或在一個 block 的開頭，如：
例 4.

int square(int i);  或  main()
main()                  { int square(int i);
{ int i=10,j=2;           int i=10,j=2;
  j=square(i);            j=square(i);
}                       }
int square()            int square(int i)
{return i*i;}           {return i+i;}

通常一個程式的設計，可能會因性質的不同而將程式碼分散於不同的檔案，對於一些常數的定義，全域變數的宣告，函數的宣告，資料型態的設定都放在檔頭檔，以 #include 的方式來達到宣告的一致性。我們將於第 10 章來介紹程式設計的一些技巧。
例 5. 設檔案 file.txt 含下列內容：

#include< stdio.h >
struct point {int x,y;};
struct rect {point topLeft, bottomRight};
int pointInRect(struct point, stuct rect);
extern point currentLoc;

設檔案 file.c 含下列內容：

#include "file.txt"
point currentLoc;

int pointInRect(struct point p, stuct rect r)
{  int x1,x2,y1,y2;
   if(r.topLeft.x < r.bottomRight.x)
   { x1=r.topLeft.x; x2=r.bottomRight.x;}
   else
   { x2=r.topLeft.x; x1=r.bottomRight.x;}

   if(r.topLeft.y < r.bottomRight.y)
   { y1=r.topLeft.y; y2=r.bottomRight.y;}
   else
   { y2=r.topLeft.y; y1=r.bottomRight.y;}

   if(x1 <= p.x && p.x <= x2 && y1 <=p.y && p.y <= y2)
        return 1;
   else return 0;
}

設檔案 main.c 含下列內容

#include "file.txt"
main()
{ struct rect r;

  r.topLeft.x=10; r.topLeft.y=10;
  r.bottomRight.x=20; r.bottomRight.y=20;

  scanf("%d %d", &currentLoc.x, &currentLoc.y);

  if(pointInRect(currentLoc,r))
     printf("in the rectanglen");
  else
     printf("not in the rectanglen");
}

說明：

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第 9.4 節 static 變數與函數
區域變數的定義加上 static，其使用範圍與沒有加上 static 是沒有區別的，但是其生命期就如同全域變數一樣，以下例來解說：
例 6.

   
  int square(int i)  
  { static int count=0;

    count++;
    return i*i;
  }

說明：

函數 square 中含一 static 區域變數 count。

變數 count 於編譯後就存在了。

變數 count 不管函數 square 呼叫多少次，僅 initialize 一次。每呼叫函數 square 一次，變數 count 就增加 1。

count 可以說是專屬於函數 square 的全域變數。

全域變數的定義加上 static，則該變數就變成專屬於該檔案的全域變數，其它檔案就無法引用該變數，即其它檔案就不能含有該變數的 extern 指令。
例 7. 設有三個檔案 file.h、 file.c 及 main.c 其內容分別如下：
檔案 file.h 含

  
 void Add(int n);
 void Mult(int n);
 int get();

檔案 file.c 含

 #include "file.h"
 static int s=0;
 void Add(int n) {s=s+n;} 
 void Mult(int n) {s=s*n;}
 int get(){return s;}

檔案 main.c 含

 #include < stdio.h >
 #include "file.h"
 void main()
 {Add(5);
  Mult(10);
  printf("s=%dn",get());
 }

說明：

一個函數的定義加上 static，該函數也就變成專屬該檔案的函數，其它檔案就無法呼叫該函數，於 C++ class 的設計，就好像一個 private 的 member function。回本章主目錄

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