C語言學習之關鍵字的範例詳解

2022-10-14 14:01:05

1. 前言

大家好，我是努力學習游泳的魚。關鍵字，這名字一聽，就很關鍵。而有些關鍵字，你可能不是很瞭解，更別談使用。所以，這篇文章將帶你見識常見的關鍵字，一起領略它們的風采吧。

2. 什麼是關鍵字

C語言提供了豐富的關鍵字，這些關鍵字都是語言本身預先設定好的，

使用者自己是不能創造關鍵字的。

大部分關鍵字會在其他章節介紹，這裡僅介紹一些稍微有點難度的關鍵字。

3. extern-宣告外部符號

extern可以用來宣告外部符號，如外部的全域性變數和函數。

如我們在test1.c裡定義了全域性變數aint a = 2022;

我們想在test2.c裡使用，就得先用extern宣告一下extern int a;

注意：一般extern是用來宣告外部的全域性變數的。因為如果直接寫int a;就不是宣告了，而是定義，會直接建立一個變數a。只有寫extern int a;才是宣告變數a。如果是宣告外部的函數，可以省略掉extern。如直接寫int Add(int, int);和寫extern int Add(int, int);效果是相同的。

4. auto-自動

C語言裡的區域性變數，進入區域性範圍時自動建立，出區域性範圍時自動銷燬。這種自動建立，自動銷燬的特性，其實是由於前面省略了關鍵字auto。比如，int a = 0;其實編譯器會處理為auto int a = 0;一般來說，auto會被省略掉。

5. typedef-型別重定義（型別重新命名）

typedef關鍵字用於給型別起別名，相當於起了個外號。

比如unsigned int num = 10;如果我們嫌unsigned int這個型別寫起來太麻煩了，可以給它起個別名叫做uint:typedef unsigned int uint;這樣上面的程式碼就等價於uint num = 10;

6. register-暫存器

6.1 記憶體

資料的儲存，需要記憶體。常見的記憶體有：

網路硬碟，硬碟，記憶體，高階快取，暫存器。

從左到右，速度越快，從而造價越高，從而空間越小。

早期，CPU處理的資料都來自記憶體。當時，CPU的處理速度和記憶體的讀寫速度是差不多的。隨著技術的迭代，記憶體的讀寫速度逐漸跟不上CPU的處理速度，CPU在很大程度上被閒置了。

於是就有了這麼一層設計。在記憶體之上設定讀寫速度更快的高階快取和暫存器。CPU從暫存器中拿資料，與此同時，暫存器從高階快取中拿資料，高階快取從記憶體中拿資料。如果CPU想要的資料在暫存器中沒有，那就直接從高階快取中拿資料，如果還沒有再從記憶體中拿。由於大部分資料都能在暫存器中命中，整體上，處理資料的速度就提升了。

以上，我們能明白一點：

暫存器的讀寫速度是非常快的！

6.2 register關鍵字的作用

如果我們寫int num = 10;num是放在記憶體中的。如果我們加了個registerregister int num = 10;此時register的作用是建議把num放在暫存器中。注意只是建議，實際是否放在暫存器中取決於編譯器的處理。

7. static-靜態

在C語言中，static有3種用法，分別修飾區域性變數，全域性變數和函數。

1.修飾區域性變數-稱為靜態區域性變數

2.修飾全域性變數-稱為靜態全域性變數

3.修飾函數-稱為靜態函數

7.1 static修飾區域性變數

7.1.1 程式碼對比

下面程式碼的輸出結果是多少呢？

#include <stdio.h>

void test()
{
	int a = 5;
	a++;
	printf("%d ", a);
}

int main()
{
	int i = 0;
	while (i < 10)
	{
		test();
		i++;
	}

	return 0;
}

輸出結果：

10個6

為什麼呢？test函數被呼叫了10次，每次都做了同樣一件事，建立a並初始化為5，a自增變成6，列印a（即6）。本質上，每次進入test函數都會建立a，出test函數時都會銷燬a。這是由於區域性變數的特性：進入區域性範圍建立，出區域性範圍銷燬。那麼，每次進入test函數建立的都是一個新的a，和之前建立的a沒有任何關係。
明白這點後，再看下面這段程式碼，輸出的結果又是多少？

#include <stdio.h>

void test()
{
	static int a = 5;
	a++;
	printf("%d ", a);
}

int main()
{
	int i = 0;
	while (i < 10)
	{
		test();
		i++;
	}

	return 0;
}

答案：

輸出6~15。

分析一下：第一次呼叫test函數時和沒有static相同，建立a並初始化，自增，列印（此時a是6），但第二次呼叫怎麼就列印7了呢？這說明，第二次呼叫時，a還是上次呼叫留下來的6，才會自增變成7！也就是說，第一次呼叫結束後，a並沒有銷燬，第二次呼叫時依然存在。同理，第二次呼叫後a也沒有銷燬，第三次呼叫時a仍是第二次呼叫留下來的7，然後自增變成8後列印，以此類推。

static修飾區域性變數的時候，區域性變數就變成了靜態的區域性變數，出了區域性的範圍，不會銷燬，下一次進入函數依然存在。

7.1.2 原理分析

記憶體可以分為：棧區，堆區，靜態區，等等。

棧區儲存的是區域性變數，函數引數，等等。

堆區是用來動態記憶體開闢的，與之相關的函數有malloc,realloc,calloc和free等等。

靜態區儲存的是靜態變數和全域性變數。

靜態的區域性變數出了作用域依然存在，是因為它是儲存在靜態區的。

同樣儲存在靜態區的全域性變數，生命週期也很長。

static修飾區域性變數時，實際改變的是變數的儲存位置，本來一個區域性變數是放在棧區的，被static修飾後放在了靜態區，從而導致，出了作用域依然存在，生命週期並沒有結束。

注意：放在靜態區的變數出了作用域不銷燬，相當於生命週期變長了，但是作用域並沒有發生變化，也就是說，靜態的區域性變數仍然只能在它的區域性範圍內使用！
靜態區中的資料的生命週期和程式的生命週期是一致的。程式結束，靜態資料的生命週期也就到了。

7.2 static修飾全域性變數

7.2.1 程式碼對比

我們建立兩個原始檔，test1.c和test2.c

在test1.c裡定義一個全域性變數g_val

// test1.c
int g_val = 2022; // 全域性變數，定義在test1.c中

在test2.c內部使用這個全域性變數，由於全域性變數的作用域是整個工程，所以可以跨原始檔使用。但是在使用前需要使用extern宣告，否則會報編譯錯誤。

// test2.c
extern int g_val;

int main()
{
	g_val = 2023;
	
	return 0;
}

如果我們在g_val的定義前面加上static會發生什麼呢？

// test1.c
static int g_val = 2022; // 全域性變數，定義在test1.c中

// test2.c
extern int g_val;

int main()
{
	g_val = 2023;
	
	return 0;
}

此時會報連結錯誤，因為g_val是定義在test1.c裡的靜態全域性變數，不能在test2.c內部使用。看來靜態的全域性變數不能跨檔案使用了。

7.2.2 原理分析

一個全域性變數本來是具有外部連結屬性的，既能在自己所在的原始檔內部使用，也能在其他檔案內部使用。

但是被static修飾之後外部連結屬性就變成了內部連結屬性，只能在自己所在的原始檔內部使用，不能在其他檔案內部使用了。

使用上感覺作用域變小了。

7.3 static修飾函數

7.3.1 程式碼對比

我們在test1.c裡定義一個函數

// test1.c
int Add(int x, int y)
{
    return x + y;
}

在test2.c內部使用，同理要先宣告（此時可以省略extern），否則會報一個警告。

// test2.c
#include <stdio.h>

extern int Add(int, int); // extern可以省略

int main()
{
	int sum = Add(10, 20);
	printf("sum = %dn", sum);
	
	return 0;
}

如果在函數定義前加上static會發生什麼呢？

// test1.c
static int Add(int x, int y)
{
	return x + y;
}

// test2.c
#include <stdio.h>

extern int Add(int, int); // extern可以省略

int main()
{
	int sum = Add(10, 20);
	printf("sum = %dn", sum);
	
	return 0;
}

此時會報連結錯誤，因為Add函數是定義在test1.c內部的靜態函數，不能在test2.c內部使用。看來static修飾函數和修飾全域性變數類似，靜態的函數也不能跨檔案呼叫。

7.3.2 原理分析

static修飾函數的作用：一個函數本來是具有外部連結屬性的，但是被static修飾之後，外部連結屬性就變成了內部連結屬性，這時這個函數只能在自己所在的原始檔內部使用，其他檔案是無法使用的。

使用上的感覺好像是作用域變小了。

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