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C語言局部變量和全局變量

編輯:C語言基礎知識
在《C語言函數的參數和返回值》中提到,形參變量要等到函數被調用時才分配內存,調用結束後立即釋放內存。這說明形參變量的作用域非常有限,只能在函數內部使用,離開該函數就無效了。所謂作用域(Scope),就是變量的有效范圍。

不僅對於形參變量,C語言中所有的變量都有自己的作用域。決定變量作用域的是變量的定義位置。

局部變量

定義在函數內部的變量稱為局部變量(Local Variable),它的作用域僅限於函數內部, 離開該函數後就是無效的,再使用就會報錯。例如:
int f1(int a){
    int b,c;  //a,b,c僅在函數f1()內有效
    return a+b+c;
}
int main(){
    int m,n;  //m,n僅在函數main()內有效
    return 0;
}
幾點說明:
1) 在 main 函數中定義的變量也是局部變量,只能在 main 函數中使用;同時,main 函數中也不能使用其它函數中定義的變量。main 函數也是一個函數,與其它函數地位平等。

2) 形參變量、在函數體內定義的變量都是局部變量。實參給形參傳值的過程也就是給局部變量賦值的過程。

3) 可以在不同的函數中使用相同的變量名,它們表示不同的數據,分配不同的內存,互不干擾,也不會發生混淆。

4) 在語句塊中也可定義變量,它的作用域只限於當前語句塊。

全局變量

在所有函數外部定義的變量稱為全局變量(Global Variable),它的作用域默認是整個程序,也就是所有的源文件,包括 .c 和 .h 文件。例如:
int a, b;  //全局變量
void func1(){
    //TODO:
}

float x,y;  //全局變量
int func2(){
    //TODO:
}

int main(){
    //TODO:
    return 0;
}
a、b、x、y 都是在函數外部定義的全局變量。C語言代碼是從前往後依次執行的,由於 x、y 定義在函數 func1() 之後,所以在 func1() 內無效;而 a、b 定義在源程序的開頭,所以在 func1()、func2() 和 main() 內都有效。

局部變量和全局變量的綜合示例

【示例1】輸出變量的值:
#include <stdio.h>

int n = 10;  //全局變量

void func1(){
    int n = 20;  //局部變量
    printf("func1 n: %d\n", n);
}

void func2(int n){
    printf("func2 n: %d\n", n);
}

void func3(){
    printf("func3 n: %d\n", n);
}

int main(){
    int n = 30;  //局部變量
    func1();
    func2(n);
    func3();
    //代碼塊由{}包圍
    {
        int n = 40;  //局部變量
        printf("block n: %d\n", n);
    }
    printf("main n: %d\n", n);

    return 0;
}
運行結果:
func1 n: 20
func2 n: 30
func3 n: 10
block n: 40
main n: 30

代碼中雖然定義了多個同名變量 n,但它們的作用域不同,在內存中的位置(地址)也不同,所以是相互獨立的變量,互不影響,不會產生重復定義(Redefinition)錯誤。

1) 對於 func1(),輸出結果為 20,顯然使用的是函數內部的 n,而不是外部的 n;func2() 也是相同的情況。

當全局變量和局部變量同名時,在局部范圍內全局變量被“屏蔽”,不再起作用。或者說,變量的使用遵循就近原則,如果在當前作用域中存在同名變量,就不會向更大的作用域中去尋找變量。

2) func3() 輸出 10,使用的是全局變量,因為在 func3() 函數中不存在局部變量 n,所以編譯器只能到函數外部,也就是全局作用域中去尋找變量 n。

3) 由{ }包圍的代碼塊也擁有獨立的作用域,printf() 使用它自己內部的變量 n,輸出 40。

3) C語言規定,只能從小的作用域向大的作用域中去尋找變量,而不能反過來,使用更小的作用域中的變量。對於 main() 函數,即使代碼塊中的 n 離輸出語句更近,但它仍然會使用 main() 函數開頭定義的 n,所以輸出結果是 30。

【示例2】根據長方體的長寬高求它的體積以及三個面的面積。
#include <stdio.h>

int s1, s2, s3;  //面積

int vs(int a, int b, int c){
    int v;  //體積
    v = a * b * c;
    s1 = a * b;
    s2 = b * c;
    s3 = a * c;
    return v;
}

int main(){
    int v, length, width, height;
    printf("Input length, width and height: ");
    scanf("%d %d %d", &length, &width, &height);
    v = vs(length, width, height);
    printf("v=%d, s1=%d, s2=%d, s3=%d\n", v, s1, s2, s3);

    return 0;
}
運行結果:
Input length, width and height: 10 20 30↙
v=6000, s1=200, s2=600, s3=300

根據題意,我們希望借助一個函數得到三個值:體積 v 以及三個面的面積 s1、s2、s3。遺憾的是,C語言中的函數只能有一個返回值,我們只能將其中的一份數據,也就是體積 v 放到返回值中,而將面積 s1、s2、s3 設置為全局變量。全局變量的作用域是整個程序,在函數 vs() 中修改 s1、s2、s3 的值,能夠影響到包括 main() 在內的其它函數。
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