作用域是一個在絕大多數(shù)（事實(shí)上我沒有見過沒有作用域概念的程序語言）程序語言的必然組成部分。日常良好的使用使用習(xí)慣和程序設(shè)計(jì)風(fēng)格，有時候讓我們漸漸忘記了這些作用域的準(zhǔn)確定義，因?yàn)樗ǔ]給我們帶來什么麻煩。這里我將其寫下來，僅在勾起大家模糊回憶中清晰的輪廓，也許有你所知的，也許有你所惑的，又或者可能我的理解和你的理解甚至格格不入，煩請大家積極指正。
幾個概念：
a.外部變量，許多程序設(shè)計(jì)的書上用“全局變量”一詞，這里做一個統(tǒng)一，本文中“外部變量”就是所謂的“全局變量”。
b.自動變量，許多程序設(shè)計(jì)的書上用“局部變量”一詞，這里做一個統(tǒng)一，本文中“自動變量”就是所謂的也可以稱作“動態(tài)局部變量”，與此相對的還有“靜態(tài)局部變量”，這兩種局部變量的并集就是通常所說的“局部變量”了。
這兩種叫法都是有其特定的道理和闡述的意義的。局部變量就是直言了其作用的范圍，它是局部的可見的（這一點(diǎn)您應(yīng)該深有體會）。因?yàn)樵谝粋€函數(shù)內(nèi)聲明一個變量，形如int a;它從它的聲明式開始，直到該函數(shù)的末尾（以“}”符號所標(biāo)識）有效。在函數(shù)體的外部，該變量a不存在并且無效。這樣的聲明事實(shí)上是auto int a;聲明式的一種省略寫法，因此稱之為“自動變量”，因?yàn)樗谠摵瘮?shù)調(diào)用開始的時候初始化內(nèi)存空間，在調(diào)用結(jié)束的時候?qū)⑨尫旁摵瘮?shù)的內(nèi)存空間，而這一切不需要人工的干預(yù)，因此它是自動的。
c.靜態(tài)變量，又稱之為“靜態(tài)局部變量”，它通常與auto int a;的形式相反，它采用了static關(guān)鍵字進(jìn)行修飾，static int a;。這樣的聲明導(dǎo)致了它在編譯時就分配了內(nèi)存空間，并在整個程序的運(yùn)行過程中持續(xù)有效。唯一的限制是它僅在它所在的函數(shù)范圍內(nèi)有效。
1、外部變量的作用域從它聲明的位置開始，到其所在（待編譯）的文件的末尾結(jié)束。
參看以下代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void extern1Processor(void);
int main(void){
/*下面的語句因?yàn)閑xtern1Variable變量的定義在main函數(shù)的后面
* 因此該函數(shù)將產(chǎn)生編譯錯誤。
* extern1Variable' undeclared (first use in this function)
printf("main.extern1Variable:%d\n",extern1Variable);*/
extern1Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}
int extern1Variable = 2003;
/*下面能夠正確使用extern1Variable變量，因?yàn)閑xtern1Variable的
* 定義在extern1Processor(void);方法之上。*/
void extern1Processor(void){
printf("extern1Processor.extern1Variable:%d\n",extern1Variable);
}
2、如果要在外部變量的定義之前使用該變量，則必須在相應(yīng)的變量聲明中強(qiáng)制地使用關(guān)鍵字extern。
參看以下代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void extern2Processor(void);
int main(void) {
extern int extern2Variable;
printf("extern2Processor.extern2Variable:%d\n", extern2Variable);
extern2Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}
int extern2Variable = 2004;
void extern2Processor(void) {
printf("extern2Processor.extern2Variable:%d\n", extern2Variable);
}輸出結(jié)果：
extern2Processor.extern2Variable:2004
extern2Processor.extern2Variable:2004
3、如果外部變量的定義與變量的使用不在同一個源文件中，則必須在相應(yīng)的變量聲明中強(qiáng)制地使用關(guān)鍵字extern。
假設(shè)在不同的源文件file1.c與file2.c中，我們都需要定義一個變量int aVariable = 2;時，分別編譯二者，它們將都包含一個變量aVariable的聲明和定義。但是當(dāng)我們將它們一起加載的時候，由于它們都是外部變量，相同的變量名導(dǎo)致編譯器不知道它們的主次關(guān)系。因此，這里我們要求程序員一定要用extern將主次分出來。比如file1.c中int aVariable = 2;這句話聲明了aVariable的類型為int，為它分配了sizeof(int)內(nèi)存大小的一塊內(nèi)存空間，它的值為2。在file2.c中我們聲明它extern int aVariable;（這里不能使用extern int aVariable=3;但是可以使用int aVariable;）這句話告訴了編譯器aVariable不是我這個源文件中進(jìn)行聲明的，它來自外部（一個未知的位置）。這樣在單獨(dú)編譯該文件gcc -c file2.c的時候就不會因?yàn)槿笔暶魇蕉l(fā)編譯錯誤了。
有同學(xué)認(rèn)為這里的int aVariable;是聲明，不是定義，這是一種錯誤的觀點(diǎn)。在外部變量中，形如：
file1.c file2.c
---------------------------------------------------------------
int aVariable = 3; int aVariable;
int main(){
……
}其中的int aVariable;定義了外部變量aVariable，并為之分配了存儲單元。
這同時也成為了外部變量和靜態(tài)變量必須是常量表達(dá)式，且只初始化一次的理由。如果我們對兩邊都進(jìn)行初始化（定義），編譯器將不知道讓誰成為主要初始化的值。事實(shí)上，外部變量和靜態(tài)變量的值初始化過程是在編譯時進(jìn)行的，它們的值都被放在靜態(tài)存儲區(qū)，也就是我們慣常在匯編中的DATA SEGMENT部分，因此它們必須是常量表達(dá)式，并且有且只有初始化一次，否則我們將可能寫出類似這樣的語句（而這樣的語句本身就是錯誤的）：
DATA SETMENT
INFO1 "INFOMATION1"
"INFOMATION2" ;這樣的定義是不允許的
DATA ENDS
……按照概念extern通常被看作是外部的，因此通常情況下初始化操作一般是在無extern的聲明式后的，若在extern一邊進(jìn)行初始化，則有違常理（主次不分了）。但是由于將初始化步驟僅放在extern一邊滿足只初始化一次的原則，因此編譯不會出錯，但是根據(jù)不同的編譯器可能會給出警告提示。
參看以下代碼：
包含main的源文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void extern3Processor(void);
int main(void) {
extern3Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}
extern int extern3Variable;
void extern3Processor(void) {
printf("extern3Processor.extern3Variable:%d\n", extern3Variable);
}externFile.c文件：（這個文件很簡單，就包含了一個外部變量的定義）
int extern3Variable = 2005;
編譯多個文件如下：（將.c文件編譯為.o文件，再將這幾個.o文件一起加載到.exe文件中（UNIX中通常為.out文件），通常在對個別文件作出修改后，我們只需要重新編譯那個文件，然后將這些新舊.o文件一起加載到.exe文件中即可。）
gcc -O0 -g3 -Wall -c -fmessage-length=0 -osrc\EffectiveArea.o ..\src\EffectiveArea.c
gcc -O0 -g3 -Wall -c -fmessage-length=0 -osrc\externFile.o ..\src\externFile.c
gcc -oEffectiveArea.exe src\externFile.o src\EffectiveArea.o
輸出結(jié)果：
extern3Processor.extern3Variable:2005
4、之前提到的文字中包含“聲明”和“定義”，它們其實(shí)有著嚴(yán)格的區(qū)別。
聲明：變量聲明用于說明變量的屬性（主要是變量的類型）
定義：變量定義除了需要聲明之外，還引起了存儲器分配。
5、在步驟3中我們發(fā)現(xiàn)在任意文件中定義的外部變量均可在其它文件中進(jìn)行使用，只要我們使用了extern關(guān)鍵字告訴編譯器這個變量的聲明式，我們就可以順利通過編譯。雖然這個方式能夠?qū)崿F(xiàn)在多個文件中共享數(shù)據(jù)，但是考慮到文件的管理與項(xiàng)目的不可預(yù)測性，這樣的方式未免讓我們有了些許的擔(dān)心。要是我定義的變量被別人惡意引用了怎么辦？對于只進(jìn)行讀操作的行為，可能這種災(zāi)難是比較小的，但是對于寫操作的行為，就有可能影響到變量的正確性。
用static聲明限定外部變量和函數(shù)，可以將其后聲明的對象的作用域限定為被編譯源文件的剩余部分。
參看以下代碼：
包含main的源文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
void static1Processor(void);
int main(void) {
static1Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}
extern int static1Variable;
void static1Processor(void) {
printf("static3Processor.static3Variable:%d\n", static1Variable);
}staticFile.c文件：（這個文件很簡單，就包含了一個外部變量的定義，與externFile.c所不同的是它的定義增加了static關(guān)鍵字修飾）：
static int static1Variable = 2006;
輸出結(jié)果（編譯錯誤，無任何輸出結(jié)果）：
由于static int static1Variable = 2006;導(dǎo)致了static1Variable變量只對staticFile.c文件可見。
對于函數(shù)，它也是具有類似的限制：
包含main的源文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/*兩種定義均無法引用void static2Processor(void);方法的具體實(shí)現(xiàn)。*/
/*void static2Processor(void);*/
extern void static2Processor(void);
int main(void) {
static2Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}staticFile.c：
#include <stdio.h>
static int static2Variable = 2007;
static void static2Processor(void) {
printf("static2Processor.static1Variable:%d\n", static2Variable);
}static不僅可以用于聲明外部變量，它還可以用于聲明內(nèi)部變量。static類型的內(nèi)部變量同自動變量一樣，是某個特定局部變量，只能在該函數(shù)中使用，但它與自動變量不同的是，不管其所在函數(shù)是否被調(diào)用，它將一直存在，而不像自動變量那樣，隨著所在函數(shù)的被調(diào)用和退出而存在和消失。換句話說，static類型的內(nèi)部變量只是一種只能在某個特定函數(shù)中使用但一直占據(jù)存儲空間的變量。
6、因?yàn)閑xtern是為了防止重復(fù)定義，而不是防止重復(fù)聲明。因此對于不可能產(chǎn)生重復(fù)定義的函數(shù)聲明式來說，形如void extern4Processor(void); 這樣的語句可以不用增加extern，因?yàn)樗侵貜?fù)的聲明，而不是定義。
因?yàn)楹瘮?shù)聲明式本身是不允許嵌套的，因此它天生就是外部的，所以默認(rèn)情況下類似void FunctionName(){……};的形式都有個默認(rèn)的修飾符extern void FunctionName(){……};只有標(biāo)識了static的函數(shù)不是外部函數(shù)。
包含main的源文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/*double kinds of declare
* The storage-class specifier, if any,in the declaration specifiers
* shall be either extern or static .
*/
/*extern void extern4Processor(void);*/
void extern4Processor(void);
int main(void) {
extern4Processor();
return EXIT_SUCCESS;
}
externFile.c：
#include <stdio.h>
int extern4Variable = 2008;
void extern4Processor(void) {
printf("extern4Processor.extern4Variable:%d\n", extern4Variable);
}輸出結(jié)果：
extern4Processor.extern4Variable:2008
7、重復(fù)聲明并不可怕，可怕的是重復(fù)定義。
參看以下代碼：
包含main的源文件：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
char repeatVariableWithoutDefinition1; /*declear thrice no hurt*/
char repeatVariableWithoutDefinition1; /*declear thrice no hurt*/
char repeatVariableWithoutDefinition1; /*declear thrice no hurt*/
void repeatVariableWithoutDefinition1Func(void);
int main(void) {
repeatVariableWithoutDefinition1Func();
return EXIT_SUCCESS;
}
void repeatVariableWithoutDefinition1Func(void) {
repeatVariableWithoutDefinition1 = 'v';
printf("repeatVariableWithoutDefinition1:%c\n",
repeatVariableWithoutDefinition1);
}otherFile.c：
char repeatVariableWithoutDefinition1;
char repeatVariableWithoutDefinition1;
它的無害是因?yàn)樗鼈兌际窃诰幾g時進(jìn)行分配的，它們并沒有并存，只是僅存了一個罷了。
8、至此，上面已經(jīng)生成了許多的聲明/定義。可以看出，我們的函數(shù)是可以跨文件調(diào)用的，而且每次調(diào)用都要寫函數(shù)聲明式。為此，C語言支持“頭文件”，也就是我們經(jīng)常看到的#include "xxxxx.h"或#include <stdio.h>。其中include <>的時候，將根據(jù)相應(yīng)規(guī)則查找該文件（通常在編譯器所在Includes文件夾內(nèi)找），但是""的時候總是先在源文件（*.c）所在文件夾查找，若找不到則使用與#include <>相同規(guī)則進(jìn)行查找。
#include是一個C預(yù)處理器，它所指定的文件將在編譯時，將其中內(nèi)容原封不動地替換到#include語句所在的位置。這樣的話，我們就有能力實(shí)現(xiàn)了一個地方定義函數(shù)，多個地方調(diào)用的功能了。（每次重新寫聲明式難免會造成：1、手誤，導(dǎo)致拼寫錯誤；2、修改維護(hù)困難，可能會漏掉，但又機(jī)緣巧合不會出錯。）
#include頭文件中可以推薦包含文件聲明、宏替換等（事實(shí)上可以包含任何的文本）。
因?yàn)榭梢园魏蔚奈谋荆晕覀冇锌赡芤驗(yàn)橹貜?fù)定義而導(dǎo)致一些不必要的麻煩，因?yàn)楫吘怪貜?fù)定義是沒有任何意義的，還增加編譯時間。因此在頭文件的內(nèi)部，我們通常采用條件包含來避免重復(fù)地包含。
參看以下代碼：
#ifndef EFFECTIVEAREA_H_
#define EFFECTIVEAREA_H_
/*define the content of EffectiveArea.h here!*/
#endif /* EFFECTIVEAREA_H_ */
注意，宏名字是全局有效的，因此我們必須保證它的唯一性，否則，在判斷的時候，就會因?yàn)閮蓚€頭文件之間的互相排斥（被認(rèn)為是同一個文件），但事實(shí)上它們之間只是錯誤地定義了名字。為此我們可以用文件名的等價轉(zhuǎn)換來包含它們，因?yàn)槲募俏ㄒ坏摹＃ㄎ募穆窂剑ǔＮ覀儗㈩^文件放入同一個文件夾下，因此我們可以保證在同級文件夾下的文件名的唯一性。）
這樣我們就可以隨心所欲地包含頭文件了，而不必?fù)?dān)心重復(fù)包含頭文件所帶來的壞處了。
9、對于函數(shù)簽名聲明返回值類型為int的可以省略（不推薦（引發(fā)警告））。
參看以下代碼：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
/*We can omit the declaration of function here only when it's returnType is int.
* It only cause compile warning "implicit declaration of function 'nodeclare1Func'"
* Because the default function returnType is 'int'. */
/*But we suggest you explicit declare your function here.*/
/*int nodeclare1Func(int param1); */
/*We can not omit anything here!*/
char nodeclare2Func(void);
int main(void) {
nodeclare1Func(2009);
nodeclare2Func();
return EXIT_SUCCESS;
}
int nodeclare1Func(int param1) {
printf("nodeclare1Func.param1:%d\n", param1);
return EXIT_SUCCESS;
}
char nodeclare2Func(void) {
printf("nodeclare2Func.i:%d\n", 2010);
return 'c';
}作用域的內(nèi)容并不難，掌握它們雖然不需要花費(fèi)太多的時間（當(dāng)然我還是比較推崇認(rèn)真掌握了），但是我們應(yīng)該從使用習(xí)慣上做到合理準(zhǔn)確地應(yīng)用這些特性。對于出現(xiàn)的一些錯誤能夠給出合理的解釋。