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C 程序的外部變量與函數(shù)

 浮 生 2009-01-22

C 程序的外部變量與函數(shù)

武漢市東湖中學(xué) 
朱海清 孟學(xué)楨


摘要

 

本文討論了C程序的外部變量和函數(shù)的一些性質(zhì),結(jié)合實(shí)際的編程,給出了使用外部變量和函數(shù)的方法。

關(guān)鍵字:C程序,外部變量,函數(shù)

  C程序由一組對(duì)象組成,這些對(duì)象包括程序中所使用的變量和實(shí)現(xiàn)特定功能的函數(shù)。變量可以分為函數(shù)內(nèi)部定義、使用的變量和函數(shù)外部定義的變量,通常情況下,把函數(shù)內(nèi)部定義、使用的變量稱(chēng)為內(nèi)部變量或局部變量,而將在函數(shù)外部定義的、供許多函數(shù)所使用的變量稱(chēng)為外部變量,一般情況下,也可以稱(chēng)為全局變量。
  由于C語(yǔ)言不允許在一個(gè)函數(shù)中定義其他函數(shù),因此函數(shù)本身是外部的。一般情況下,也可以說(shuō)函數(shù)是全局函數(shù)。
在缺省情況下,外部變量與函數(shù)具有如下性質(zhì):所有通過(guò)名字對(duì)外部變量與函數(shù)的引用(即使這種引用來(lái)自獨(dú)立編譯的函數(shù))都是引用的同一對(duì)象(標(biāo)準(zhǔn)中把這一性質(zhì)稱(chēng)為外部連接)。
  由于外部變量是可以全局訪問(wèn)的,這就為在函數(shù)之間交換數(shù)據(jù)提供了一種可以替代函數(shù)變?cè)祷刂档姆椒?。任何函?shù)都可以用名字來(lái)訪問(wèn)外部變量,只要這個(gè)名字已在某個(gè)地方做了說(shuō)明或定義。
如果要在函數(shù)之間共享大量的變量,那么使用外部變量要比使用一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的變?cè)砀奖?、有效。然而,也可能?dǎo)致程序在各個(gè)函數(shù)之間產(chǎn)生太多的數(shù)據(jù)聯(lián)系。
  外部變量的用途還表現(xiàn)在它們比內(nèi)部變量有更大的作用域和更長(zhǎng)的生存期。內(nèi)部自動(dòng)變量只能在函數(shù)內(nèi)部使用,當(dāng)其所在函數(shù)被調(diào)用時(shí)開(kāi)始存在,當(dāng)函數(shù)退出時(shí)消失。而外部變量是永久存在的,他們的值在從一次函數(shù)調(diào)用到下一次函數(shù)調(diào)用之間保持不變。因此,如果兩個(gè)函數(shù)必須共享某些數(shù)據(jù),而這兩個(gè)函數(shù)都互不調(diào)用對(duì)方,那么最為方便的是,把這些共享數(shù)據(jù)作為外部變量,而不是作為變?cè)獊?lái)傳遞。

1、外部變量的定義和使用

  根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn),在程序的所有源文件中,外部變量只能被定義一次,否則會(huì)導(dǎo)致重復(fù)定義的編譯錯(cuò)誤。

1.1 外部變量的定義與聲明

  變量聲明用于通報(bào)變量的性質(zhì)(主要是變量的類(lèi)型),而變量定義則除此之外還引起存儲(chǔ)分配。如果在函數(shù)的外部包含如下說(shuō)明:

int    VarDesc;
char	  Array[MAXVAL];
那么這兩個(gè)說(shuō)明定義了外部變量VarDesc與Array,并為之分配存儲(chǔ)單元,同時(shí)也用作供源文件其余部分使用的說(shuō)明。另一方面,如下兩行:
extern  int    VarDesc;
extern  char	  Array[];
  為源文件剩余部分聲明了VarDesc是一個(gè)int 類(lèi)型的外部變量,Array是一個(gè)char數(shù)組類(lèi)型的外部變量(數(shù)組大小在其他地方確定),但這兩個(gè)聲明并沒(méi)有建立變量或?yàn)樗鼈兎峙浯鎯?chǔ)單元,其中關(guān)鍵字extern表明該外部變量在其他地方被定義。
   根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn),外部變量雖然只能在某個(gè)文件中定義一次,但其作用域則是從其聲明處開(kāi)始一直到其所在的被編譯的文件的末尾。因此其他文件可以通過(guò)extern說(shuō)明來(lái)訪問(wèn)它。

1.2 外部變量的使用方式

   如果外部變量被不同的函數(shù)所引用,并且這些函數(shù)沒(méi)有集中在一個(gè)源文件中,而是分布在不同的源文件中,那么函數(shù)在引用這些外部變量時(shí),必須采取先聲明再使用的方式,否則,在編譯時(shí)會(huì)導(dǎo)致重復(fù)定義的編譯錯(cuò)誤。
   若在多個(gè)文件的多個(gè)函數(shù)中引用外部變量,就需要在這些函數(shù)中重復(fù)聲明外部變量。這種方式可以解決編譯問(wèn)題,但是代碼不夠簡(jiǎn)潔。因此,在實(shí)際的編程中,大都采取了將外部變量統(tǒng)一定義在一個(gè)C源文件中,這個(gè)C源文件一般被稱(chēng)為global.c,然后在對(duì)應(yīng)的頭文件中,一般為global.h,聲明外部變量,最后在需要引用外部變量的源文件中使用#include "global.h"的方式,函數(shù)就可以引用所有的外部變量。因此,一般情況下,global.c內(nèi)容為:

#include "global.h"	

/* for example, define two vars */
int    VarDesc;
char	  Array[MAXVAL];
/* other external var define */
在對(duì)應(yīng)的global.h頭文件的內(nèi)容則為:
#ifndef _GLOBAL_H   /* please insure _GLOBAL_H unique */
#define _GLOBAL_H   /* avoid quotation iterativly */

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif   /*__cplusplus */

/* for example, declare two vars */
extern  int    VarDesc;
extern  char	  Array[];

/* other external vars declaration */

#ifdef __cplusplus
}
#endif  /* __cplusplus */

#endif	/* _GLOBAL_H */
  此外,在實(shí)際的編程中,這兩個(gè)文件頭部還應(yīng)當(dāng)有公司copyright聲明、文件功能說(shuō)明、版本說(shuō)明、創(chuàng)建、修改歷史等。

2、函數(shù)的定義和使用

  根據(jù)C語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn),函數(shù)只能被定義一次,而且在函數(shù)中,不能再定義函數(shù),因此函數(shù)本身是外部的。

2.1 函數(shù)的定義與聲明

   定義函數(shù)是給出函數(shù)體的函數(shù)描述。一個(gè)函數(shù)只有在聲明之后才能被引用。函數(shù)聲明中,需給出函數(shù)名、返回類(lèi)型、參數(shù)列表等。

  函數(shù)的作用域從其聲明處開(kāi)始一直到其所在的被編譯的文件的末尾,如果一個(gè)函數(shù)在定義之前就要使用到,或者這個(gè)函數(shù)定義在與所要使用它的源文件不相同的源文件中,那么就需要在使用該函數(shù)前,使用關(guān)鍵字extern聲明該函數(shù),但由于函數(shù)默認(rèn)是external的,因此函數(shù)聲明前的extern可以省略,這也是標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)函數(shù)的頭文件中,函數(shù)聲明前沒(méi)有extern的原因,但在實(shí)際的編程中,一般不推薦這樣做,應(yīng)當(dāng)在函數(shù)聲明前加上extern。

2.2 函數(shù)的組織和使用

  如果某個(gè)函數(shù)需要引用另一個(gè)函數(shù),則需要在引用該函數(shù)前聲明被引用的函數(shù),否則可能會(huì)導(dǎo)致函數(shù)未定義錯(cuò)誤。

   為了避免被引用函數(shù)的重復(fù)聲明和方便函數(shù)的引用,在實(shí)際的編程之中,采用在對(duì)應(yīng)的頭文件中,統(tǒng)一聲明函數(shù)的方式。需要引用某一個(gè)函數(shù)時(shí),只需要在該函數(shù)的定義源文件中包含被引用函數(shù)的頭文件即可。 
  在實(shí)際的編程中,在頭文件中聲明函數(shù),即聲明函數(shù)原型,在對(duì)應(yīng)的C源文件中,定義函數(shù)及其實(shí)現(xiàn)代碼。 因此,函數(shù)說(shuō)明的頭文件內(nèi)容和格式為:

#ifndef _FUNCNAME_H   /* please insure _ FUNCNAME _H unique */
#define _ FUNCNAME _H   /* avoid quotation iterativly */

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif   /*__cplusplus */

/* for example, declare functions */
extern  int    func (int, int, int);
/* of course, maybe declare functions like below 
* int    func (int, int, int);
*/
/* other functions declaration */

#ifdef __cplusplus
}
#endif  /* __cplusplus */

#endif	/* _ FUNCNAME _H */

而在對(duì)應(yīng)的C源文件內(nèi)容為:
#include " funcname.h"

/* for example, define two vars */
int    func (int a, int b, int c)
{
		// functions body
}

/* other functions define */
在實(shí)際的函數(shù)頭文件和定義文件中還應(yīng)當(dāng)包含相應(yīng)的頭文件等,以及公司copyright聲明、文件功能說(shuō)明、版本說(shuō)明、創(chuàng)建、修改歷史等。對(duì)于具體的函數(shù),還應(yīng)當(dāng)有函數(shù)說(shuō)明、輸入?yún)?shù)說(shuō)明、返回說(shuō)明、例外等。

3、靜態(tài)外部變量和函數(shù)

  如果某外部變量和函數(shù)僅供它們各自所在的源文件中的函數(shù)使用,而不能被其他函數(shù)訪問(wèn),那么就必須使用static關(guān)鍵字定義外部變量和函數(shù)。static說(shuō)明適用于外部變量與函數(shù),用于把這些對(duì)象的作用域限定為被編譯源文件的剩余部分。通過(guò)外部static對(duì)象,可以把一些外部變量和函數(shù)隱藏在某個(gè)源文件中,使得這些外部變量和函數(shù)僅僅可以被該源文件使用和共享,但不能被該源文件之外的函數(shù)所引用。
  另外,static說(shuō)明也可以用于說(shuō)明內(nèi)部變量。內(nèi)部靜態(tài)變量就像自動(dòng)變量一樣局部于某一個(gè)特定函數(shù),只能在該函數(shù)中使用,但與自動(dòng)變量不同的是,不管其所作函數(shù)是否被調(diào)用,它都是一直存在的,而不像自動(dòng)變量那樣,隨著所在函數(shù)的調(diào)用與退出而存在與消失。換而言之,內(nèi)部靜態(tài)變量是一種只能在某一特定函數(shù)中使用的但一直占據(jù)存儲(chǔ)空間的變量。 
  一般情況下,為保證靜態(tài)外部變量和函數(shù)能夠被本源文件的函數(shù)所引用,需要在該源文件的所有函數(shù)之前定義靜態(tài)外部變量和函數(shù)。 那么,該C源文件的內(nèi)容為:

#include “funcname.h”	

/* for example, define one static external var and one static function */
static   int VarName = 0;
static   int function (int a)
{
		// function body
}
/* other static vars and functions */

/* for example, define one function */
char	  func (char*, char)
{		
		VarName = 5;
		function (VarName);
		// other function body
}

/* other functions define */
參考文獻(xiàn):
  • B.W.Kernighan, D.M.Ritchie著,徐寶文譯,機(jī)械工業(yè)出版社 《C程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(第2版)》
  • Bjarne Stroustrup著,裘宗燕譯, 機(jī)械工業(yè)出版社 《C++程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言(特別版)》

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