C語言關鍵字auto與register及static專項詳解

1.auto

在解釋 auto 之前，先來了解一下什麼是區域性變數。

在很多印象中，對區域性變數的描述是：函數內定義的變數稱為區域性變數。並且下面這段程式碼也很好的解釋了這句話：

#include <stdio.h>
void print()
{
	int a = 10;
	printf("%d", a);
}
int main()
{
	print();
	printf("%d", a);
	return 0;
}

顯然這段程式碼是錯的，編譯器也會報錯：

但事實上 “函數內部定義的變數是區域性變數” 這種說法是不錯的，但是不準確。我們來看這樣一段程式碼：

#include <stdio.h>
int main()
{
	int func = 10;
	if (func)
	{
		int num = 1;
	}
	printf("%d", num);
	return 0;
}

同樣編譯器也會報錯：

所以正確的理解應該是：在 { } 中定義的變數叫做區域性變數。

那麼我們順水推舟提一個問題：區域性變數與我們的關鍵字 auto 有什麼聯絡？

其實在早期的C語言中，區域性變數是需要用 auto 修飾的，但現在的編譯器發展越來越智慧，會自動識別哪個變數是區域性變數。所以，現在對於區域性變數的 auto 關鍵字都是省略的。

我們可用這段程式碼證明：

#include <stdio.h>
void print()
{
	auto int a = 10;
	printf("%dn", a);
}
int main()
{
	int a = 10;
	printf("%dn", a);
	print();
	return 0;
}

所以對於 auto 這個關鍵字來說，只需瞭解、知道就好。

2.register

千萬不能把這個單詞翻譯成：登記、註冊！正確的翻譯應該是：暫存器。

那暫存器是什麼？暫存器是計算機 CPU 的一組硬體，存在的本質是提高計算機的執行效率，因為暫存器不需要從記憶體中拿資料。也就是說把資料直接放在暫存器，直接供 CPU 計算，從而提升執行效率。

所以我們大膽猜測：register 修飾的變數，意義在於儘量把修飾的變數放入 CPU 暫存器中。

那麼什麼樣的變數適合用 register 來修飾呢？

• 區域性變數(全域性變數會長時間佔用暫存器)
• 不會被寫入的變數(因為一旦寫入將會寫回記憶體，register 就沒有意義了)
• 被高頻使用的變數

我們通過程式碼來闡述如何使用這個關鍵字：

#include <stdio.h>
int main()
{
	register num = 10;
	int sum = 0;
	int i = 0;
	for (i = 0; i < 10; i++)
	{
		sum += num+i;
	}
	printf("%dn", sum);
	return 0;
}

這段程式碼完美符合了適合使用 register 修飾的變數的三個條件，雖然規模又億些小，演演算法有億些簡單。num 變數是區域性變數，並且接下來的程式碼沒有對其進行寫入，並且重複使用了 10 次。

如果我們寫了 200000 個區域性變數，並且所有的區域性變數都用 register 來修飾，那麼編譯器會不會因為暫存器不夠用而報錯？我認為不會，因為 register 的定義是儘量把變數放入暫存器中。

3.static

對於 static 這個關鍵字，一般應用於多檔案操作中，這是因為有利於專案維護、提供安全保證。

那麼對於多檔案操作不是本篇的內容，我會在另外一篇單獨寫一篇關於這塊的內容。

那麼 stactic 可以修飾的物件有三個：

• 全域性變數
• 函數
• 區域性變數

我們先觀察全域性變數沒有被 static 修飾的時候的效果：

我們在 test.c 檔案中定義全域性變數：

//test.c
int num = 10;

在 test.h 檔案中對此宣告：

//test.h
#pragram once
#include <stdio.h>
extern int num;

在 main.c 檔案中使用此變數：

//main.c
#include "test.h"
int main()
{
	printf("%dn", num);
	return 0;
}

執行結果：

現在我們來觀察當全域性變數被 static 修飾的時候會發生什麼：

在 test.c 下使用 static 修飾全域性變數，其他檔案不變：

//test.c
static int num = 10;

執行結果：

可以看到這個程式在連結時出現了錯誤，即 num 變數“消失”了一樣。那麼這種“消失”恰恰是 static 的魅力所在。

結論一：對於 static 修飾的全域性變數，該變數就變為只能在本檔案中使用，不能被其他檔案直接使用。

但是要注意，僅僅是不能被直接使用，我們通過間接存取，程式還是可以執行的：

我們在 test.c 中定義一個函數：

//test.c
#include "test.h"
static int num = 10;
void print()
{
	printf("%dn", num);
}

test.h 檔案中宣告 print 函數：

//test.h
#pragma once
#include <stdio.h>
extern int num;
void print();

在 main.c 檔案中我們這樣做：

//main.c
#include "test.h"
int main()
{
	//printf("%dn", num);
	print();
	return 0;
}

那麼執行的效果：

上面這種情況我們可以把它視為 static 沒有修飾 print 函數的情況。所以現在我們來討論 static 修飾函數時候的情況：

在 test.c 檔案中修飾 print 函數：

//test.c
#include "test.h"
int num = 10;
static void print()
{
	printf("%dn", num);
}

test.h 、main.c 檔案不變，執行結果為：

可以看到函數被 static 修飾的效果與 全域性變數變數被 static 修飾的時候一致，那麼我們不難得出下面的結論：

結論二：當 static 修飾函數時，此函數只能在本檔案內使用，不能被其他檔案直接存取。

同理，我們可以修改程式碼來達到間接存取：

我們在 test.c 中多寫一個函數：

//test.c
#include "test.h"
int num = 10;
static void print()
{
	printf("%dn", num);
}
void func()
{
	print();
}

在 test.h 中對此函數進行宣告：

//test.h
#pragma once
#include <stdio.h>
extern int num;
void print();
void func();

在 main.c 中呼叫：

//main.c
#include "test.h"
int main()
{
	//printf("%dn", num);
	//print();
	func();
	return 0;
}

執行結果：

現在，我們觀察區域性變數沒有被 static 修飾的時候的一段程式碼：

#include <stdio.h>
void test()
{
	int i = 0;
	i++;
	printf("%dn", i);
}
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		test();
	}
	return 0;
}

那麼它的輸出結果是：

很明顯，超出了我們的預期。我們的預期是輸出 1，2，3，4，5，6，7，8，9，10 。為什麼輸出 10 次輸出的都是 1 呢？對於區域性變數來說，生命週期在 { } 中定義開始，在出 { } 時結束。也就是說，在 { } 中定義的區域性變數在記憶體中開闢了一塊空間，在出 { } 時開闢的空間釋放(銷燬)。

那有什麼辦法能使空間不被釋放呢？有，那就是用 static 修飾區域性變數：

#include <stdio.h>
void test()
{
	static int i = 0;
	i++;
	printf("%dn", i);
}
int main()
{
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		test();
	}
	return 0;
}

輸出的結果是：

那麼為什麼會輸出這樣的結果呢？從上面的結果分析我們知道了區域性變數的生命週期，我們只要改變區域性變數的生命週期就能夠解決問題。也就是說，static 修飾的區域性變數，能夠讓其原本儲存在棧區而讓其儲存到靜態區，只能被定義一次(對於任何變數來說都是這樣，只不過我們的重點在於改變變數的生命週期)從而達到修改生命週期的作用。

結論三：static 修飾區域性變數，能夠讓其生命週期從區域性週期變為全域性週期。

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