C語言 - 第二十七章 | 函式入門 - 變數、函式可視範圍(static 與 extern)

C中，談到可視範圍(scope)可分為許多層次，也可以談到很複雜。

• 全域變數(Global variable)
• 區域變數(Local variable)
• 區塊變數(Block variable)

全域變數(Global variable)

全域變數是指直接宣告在(主)函式之外的變數，這個變數在整個程式之中都「看」得它的存在，而可以呼叫使用。

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const double PI = 3.14159;

double area(double r) {
    return r * r * PI;
}

int main() {
    // ..... 
    return 0;
}

如上例子中，PI這個變數可以被主函式main()與函式area()來使用，通常全域變數是用來定義一些常數，初學者不應為了方便而將所有的變數都設定為全域變數，否則將來一定會發生變數名稱管理上的問題，全域變數的生命週期始於程式開始之時，終止於程式結束之時。

區域變數(Local variable)

區域變數是指宣告在函式之內的變數，或是宣告在參數列之前的變數，它的可視範圍只在宣告它的函式區塊之中，其它的函式不可以使用該變數，例如在上例的主函式中，你不可以直接對area()函式中的變數r進行存取，區域變數的生命週期開始於函式被呼叫之後，終止於函式執行完畢之時。

區塊變數是指宣告在某個陳述區塊之中的變數，例如while迴圈區塊中，或是for迴圈區塊，例如下面的變數i在迴圈結束之後，就會自動消失。

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while(...) {
    int i = 0;
    // ....
}

當可視範圍大的變數與可視範圍小的變數發生同名狀況時，可視範圍小的變數會暫時覆蓋可視範圍大的變數，稱之為「變數覆蓋」。

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int num = 10;
for(int i = 0; i < 100; i++)  {
    int num = 20;
    // ...
}
printf("%d", num);

這個程式最後顯示的num值仍是10，當執行迴圈時，迴圈內的num變數作用將覆蓋迴圈外的num變數；同樣的作用發生於全域變數與區域變數發生同名的時候。

static

當變數有宣告時加上static限定時，一但變數生成，它就會一直存在記憶體之中，即使函式執行完畢，變數也不會消失。

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#include <stdio.h>

void count();

int main() {
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        count();
    }

    return 0;
}

void count() {
    static int c = 1;
    printf("%d\n", c);
    c++;
}

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// 執行結果
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雖然變數c是在count()函式中宣告的，但是函式結束後，變數仍然存在，它會直到程式執行結束時才消失，雖然變數一直存在，但由於它是被宣告在函式之中，所以函式之外仍無法存取static變數。

這邊為了讓大家更了解上方案例的static，這邊做了一點比照。

而宣告全域static變數，其在程式執行期間一直存在，但在一個原始程式文件中宣告全域static變數，還表示其可以存取的範圍僅限於該原始程式文件之中，也可以將函式宣告為static。

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static void some() {
    ...
}

一個static函式表示，其可以呼叫的範圍限於該原始碼文件之中，如果有些函式僅想在該原始程式文件之中使用，則可以宣告為 static，這也可以避免與其他人寫的函式名稱衝突的問題。

extern

extern可以聲明變數會在其他的位置被定義，這個位置可能是在同一份文件之中，或是在其他文件之中。

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// some.c
double some_var = 1000;
// 其他程式碼…

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// main.c 
#include <stdio.h>

int main() {
    extern double some_var;

    printf("%f\n", some_var);

    return 0;
}

若使用gcc some.c main.c進行編譯，在main.c中實際上並沒有宣告some_var，extern指出some_var是在其他位置被定義，編譯器會試圖在其它位置或文件中找出some_var的定義，結果在some.c中找到，因而會顯示結果為1000.000000。

要注意的是，extern聲明some_var在其他位置被定義，如果在使用extern時同時指定其值，則視為在該位置定義變數，結果就引發重覆定義錯誤。

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// 錯誤
#include <stdio.h>

int main() {
    extern double some_var = 100; // error, `some_var' has both `extern' and initializer     
    ...
    return 0;
}

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// 正確
#include <stdio.h>

int main() {
    extern double some_var;
    some_var = 100;
    ...
    return 0;
}

當static與extern與inline一同使用時，情況會複雜一些，詳情可參考(Inline Functions In C)[http://www.greenend.org.uk/rjk/tech/inline.html]。

註：以上參考了
變數、函式可視範圍（static 與 extern）