apue学习第十一天（2）——深度剖析auto, register, static, extern

好啦，我们接着上一节继续，上节说到了bss vs data，那我们就从变量开始说起。首先，有几个问题：

你知道automatic variable 和 static variable的区别吗？你知道static放在function内部和外部的区别吗？你能说说definition和declaration有什么区别吗？或者问一个看起来貌似最最简单的额问题，你知道什么是变量吗？

如果一知半解、不得要领，那么希望下面写的能让你醍醐灌顶。OK，我们先来回答这个所谓的最简单的问题：什么是variable？

• A program variable is an abstraction of a computer memory cell or collection of cells;
• A variable can be characterized as sextuple of attributes:  <name, address, value, type, lifetime, scope>.

搞清这点，尤其是第二点，对后面理解变量之间的差异至关重要。（来自：http://groups.engin.umd.umich.edu/CIS/course.des/cis400/maxim/lectures/chp4.htm）

OK，既然我们知道了什么是变量，那么来看 variable types。那你知道什么是变量类型吗？int、char？extern、static？不不，都不是。记住了，C语言的variable types（变量类型）主要有两种：

• local variables
• global variables

怎么样，很诧异吧？那么，你又疑惑了，int、double、char、void这些又是什么呢？听好啦，这个叫data types（数据类型），很显然，variable types要宏观的多，data type只表示单个数据嘛！那接下来的extern、static又是什么呢？storage classes，可以翻译成存储类别，但我认为还是不翻译的好。其实，从前带给我们困惑的往往是这个storage class，好啦，那我们就看看它里面到底分为哪些东西吧！我们一个个说。

1. auto（automatic）

auto variable，经常有人翻译成自动变量。auto is the default variable for all local variables.

{
    int Count;
    auto int Month;
}

记住一句话，所有的local variables都是auto variables。上面的例子中，其实都是auto，只不过一个写出来一个没写出来罢了！

2. register

寄存器变量。Register is used to define local variables that should be stored in a register instead of RAM. 为什么用它呢？快呗！从寄存器取数显然要比从内存中快嘛！但是，它有两个很严重的限制：

(1) maximum size equal to the register size;(2) cannot have '&' operator applied to it(it has no memory location).

其实我认为，这两个限制够残忍的了。所以说，需要quick access(such as counters)的变量才使用。但因为register数量有限，不是你想用就给的（意思是虽然你用register声明但不一定真的放在寄存器里），这当然要看系统限制啦。

{
    register int  Miles;
}

当然注意一点啦，register还是为local variable准备的！

3. static

静态变量，这个有时候最具迷惑性了。迷惑性的来源当然是函数外的static和函数内的static啦！话不多说，第一步当然是看定义：static is the default storage class for global variables. 天呐，正好与auto对应。这个意思是说，所有未加修饰的local variable都是auto的，而所有未加修饰的global variable都是static的！看下面的代码;

static int Count;
int Road;
{
    printf("%d\n", Road);
}

这两个变量竟然都是static的！那么他们存放在哪里呢？bss？data？废话，当然是bss啦，他们uninitialized，没被初始化嘛，自动初始化为0啦！

但是，如果static放在函数内部会有什么区别呢？我们来看，还记得刚开始提到变量的sextuple吗？<name, address, value, type, lifetime, scope>。scope！bingo~如果static放在function外面，那么就敞开胸怀让你看咯，但是，a bigger scope means more exposure to errors! 这个观点你认同不？要知道，当link的时候，引入了外来模块，比如说万一和定义的static变量name冲突了呢？如果放在函数内部就没事，因为其它模块们看不到它嘛！(http://stackoverflow.com/questions/15808049/what-is-the-use-of-static-local-variable-when-we-can-get-a-global-variable-at-th)

那究竟static放在里面和外面有什么区别呢？假如它们都是initialized，那么他们的lifetime（生命周期）是一样的，唯一不同的就是scope（作用域）啦！当然，因为都是initialized，他们当然都放在data区，而不是像一般的local variable一样放在stack frame中啦！

void func(void);
   
static count=10; /* Global variable - static is the default */
   
int main()
{
	while (count--) 
	{
  	func();
  }
  return 0;
   
}
   
void func( void )
{
   static i = 5;
   i++;
   printf("i is %d and count is %d\n", i, count);
}
   
——————————————————————————
   This will produce following result
   
   i is 6 and count is 9
   i is 7 and count is 8
   i is 8 and count is 7
   i is 9 and count is 6
   i is 10 and count is 5
   i is 11 and count is 4
   i is 12 and count is 3
   i is 13 and count is 2

看这个程序，关于这个static的用法我们很常见：很清晰，放在函数内部的static variable仅在最初时initialized，后面每次的function call不会对其再次进行初始化。当然，初始化后的i保存在data段。

还有一点非常重要的（very important！！！）关于static的：

   char *func(void);

   main()
   {
      char *Text1;
      Text1 = func();
   }

   char *func(void)
   {
      /*case 1: */
      	char Text2[10]="martin";
      /*case 2: */
      	static char Text[10]="martin";
      return(Text2);
   }

我把case 1和case2合并在了一个程序里，其实本应在两个程序中。试想，如果执行case 1的情况会return什么？who knows！想想变量的lifetime。在case 1中 char *Text2是auto变量，return过后随即就被清除，天知道它return了什么啊！但是case 2中，static char *Text2的lifetime是整个程序的执行过程，当然会正常返回！这一点经常被考察，其实说实话就是考你生命周期和存储位置的相关知识啦，智者不惧嘛！

喂喂！等等！在说第四个storage class——extern之前，先得把一个变量或函数的definition和declaration了解清楚！

Definition means a variable or function is defined in reality and actual memory is allocated.

Declaration means just giving a reference of a variable or function.

简单的说呢，就是定义是分配了空间，声明只是对compiler说：这个variable或function在其它地方已经定义过啦 and will be provided at the time oflinking. 就比如说上面的那个程序，第一行 char *func(void); 显然是声明（declaration），它告诉编译器别急，definition在下面呢！所以下面的definition分配了空间，细化了函数。

好啦，可以看extern啦！

4. extern

Extern is used to give a reference of a global variable that is visible to ALL program files. 注意是global，凡是带extern的都不能被初始化，知道啥意思吗？(When you use 'extern' the variable cannot be initalized as all it does is point the variable name at a storage location that has been previously defined.)因为在别处已经定义好了，extern只是把它引用过来罢了！

这个例子就是extern，extern doesn't mean outside the current scope, it means an object with external linkage. An auto variable never has external linkage.（看，又来了，extern只用于global variables。）

当然类似的例子很多。stackoverflow上一抓一大把，搞清了原理，则一通百通~

好啦，四种storage classes已经说完啦，理解它们的前提是清楚上一节中一个C程序的空间存储，希望我讲得还算清楚！

那么，还剩一个东西，什么呢？const！ 是的，constant是啥？常量呗！

A constant is usually just a written version of a number. 你看，这说的多么简洁，就是用一个东西代替一个"数"嘛！直接看例子：

'\n'	newline
'\t'	tab
'\\'	backslash
'\''	single quote
'\0'	null ( Used automatically to terminate character string )

看，上面的这些是character constants；

int const a = 1;
const int a =2;

这些也是constants，here，const放在前后都无所谓；

#define TRUE		1
#define	FALSE		0
#define NAME_SIZE	20

这些还是constants，更加灵活的定义方式。

我们接着看下面的声明：

void strcpy(char *buffer, char const *string);

怎么样，这个经常见到吧，这个const放在这里是干啥的呢？This says simply that the function is not going to change the value of the parameter. 意思就是函数根本就没打算改变这个值，别无它意啦！

那么，还有const修饰函数，修饰返回值呢？我们在这儿先不提啦，总会遇到的！

本文的主题框架来自：http://www.tutorialspoint.com/ansi_c/c_storage_classes.htm

下面是长长的分割线

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今天这可谓是精彩不断呐，终于彻底搞清了auto、register、static、extern、const，但是当static和const修饰函数呢？仍然是雾里看花~不急，一点点来嘛。明天开始第八章！