C语言系列之——（3）C语言中的变量

目录

• 1.什么是变量
• 2.变量的作用域和生命周期
• 3.变量的定义与初始化
• 4.变量分类
  • a.局部变量
  • b.全局变量
  • c.静态变量
    • c1.局部静态变量
    • c2.全局静态变量
• 5.变量在内存中的存储区域

1.什么是变量

变量就是程序运行中可以变化的值，本质上是内存中一块被命名的存储空间，用来存放数据
（可以把变量想象成一个带名字的 “盒子”，盒子里可以放不同的东西【数据】，盒子本身的
位置【内存地址】是固定的。）

2.变量的作用域和生命周期

变量的作用域：变量能在哪段代码区域里使用（能用的范围）
变量的生命周期：变量在内存中存在多久（存在时间）

3.变量的定义与初始化

在 C 语言中，变量创建的本质，就是向内存申请一块连续的存储空间，用来存放对应类型的数据，而申请的空间大小，由变量的数据类型直接决定

变量的定义/创建的语法如下：

数据类型 变量名
（在定义变量时若没有赋初始值，变量中仍然会有值，在下面说明变量存储位置时会说）

或

数据类型 变量名 = 初始值
（在定义变量时赋了初始值，叫做变量的初始化）

注意：变量名的取法是有规范的
1.只能由字母、数字、下划线组成
2.不能以数字开头
3.不能和 C 语言的关键字重名（比如int、if、return等）
4.变量名区分大小写：age和Age是两个不同的变量
（如user_name、maxValue、_count等都是合法变量名）

4.变量分类

C语言中，变量可以分为 局部变量 、 全局变量 、静态变量。

a.局部变量

定义在大括号{}里的变量就叫做局部变量 （如函数体、main函数、循环体内部）

作用域：仅在定义它的代码块里（定义它的{}里）有效
生命周期：在进入代码块时创建，代码块运行结束离开代码块时销毁

请看下面的例子：

#include <stdio.h>
int num()
{
	int a = 9;
	return a;
}

int main()
{
	num();
	printf("%d\n",a);
	return 0;
}

上面的代码在编译时会报错，因为a是定义在函数体中的变量，只在函数体内部（函数体的{}内部）有效，在main函数内部（main函数的{}内部）使用a变量时因为找不到a的定义所以会报错

b.全局变量

定义在函数外部（{}外部，main函数也是函数）的变量叫做全局变量

作用域：不仅当前源文件可使用，整个程序都能使用（程序常常涉及到多文件，当要使用在其他文件内定义的全局变量时，要使用extern声明）
生命周期：程序运行期间一直存在

下面分别是test1.c与test2.c文件中的代码

//test1.c
#include <stdio.h>
int a = 10;
int main()
{
	printf("%d\n",a);
	return 0;
}

//test2.c
#include <stdio.h>
extern int a;
int main()
{
	printf("%d\n",a);
	return 0;
}

test1.c可以单独正常运行，而test2.c只是用extern声明了test1.c中的全局变量a，没有定义，所以不能单独运行；

必须把 test1.c 和test2.c 一起编译链接，这样test2.c才能找到test1.c中a的定义，才能运行

c.静态变量

在定义变量时，在变量类型前加上 static 关键字，就得到了静态变量

static 变量类型 变量名

c1.局部静态变量

定义在{}内部的静态变量叫做局部静态变量

#include <stdio.h>
int main()
{
	static char character = 'j';//character就是一个静态全局变量
	return 0;
}

static并不改变局部变量的作用域，但是会将局部变量的生命周期延长至整个程序
请看下面代码
下面实现了一个打印函数myprint，函数内定义了一个局部静态变量num，初始值为1
每次调用该打印函数，都会先打印num的数值，再给num加1，main函数里循环调用了myprint函数三次
打印结果是什么呢？

#include <stdio.h>
void myprint()
{
	static int num = 1;
	printf("%d\n",num);
	num = num + 1;
}

int main()
{
	for(int j = 0;j<3;j++) myprint();
	return 0;
}

程序运行结束之后，打印结果为：

1
2
3

上面的结果说明，函数结束后，num变量并没有被销毁，而是仍然存在，并且随着函数调用，num的值在原来的基础上加1
这说明被static修饰的局部变量的生命周期确实被延长了

有人可能会问：为什么每次调用myprint时都定义了num的值为1，但是在这三次调用中，只第一次确实将num的值定义成了1，而后两次该定义并没有改变num的值，num依然保存着上一次函数执行结束的值并且在此基础上加1呢？

这是因为：静态变量只初始化一次，后续调用定义不再重新赋值，而是保留原值

c2.全局静态变量

用static修饰全局变量，并不会改变全局变量的生命周期，其生命周期依旧是整个程序
用static修饰全局变量，主要是为了限制全局变量的作用域，让其只在当前源文件中有效，而不是和之前一样在当前工程中的所有文件都有效，阻止其他文件对该变量的访问

5.变量在内存中的存储区域

我们常关注内存中的三个区域：栈区，堆区，静态区
（其实内存区域的划分会更加细致，在后续操作系统部分的文章会说明）

栈区：用于存放程序运行中的临时数据，遵循 先进后出（LIFO） 的规则
当程序进入一个函数 / 代码块 {} 时，系统才会开辟栈空间，自动为栈变量分配内存（压栈）。当程序离开这个函数 / 代码块时，系统会自动释放栈内存（出栈），变量直接失效。
栈区的大小在程序启动时就固定了，不能动态扩展。因为栈的内存地址是连续的，且操作只有 “压栈 / 出栈” 两种，所以访问速度比堆区快得多。

局部变量存储在栈区
因为栈区的内存不会自动清零，新变量分配的空间里，可能残留着之前留下的旧数据，也就是 “脏数据”，所以在定义局部变量时，若没有初始化局部变量，局部变量的值就是随机的垃圾值

静态区：是操作系统在程序加载启动时，就直接划分好的一块独立内存区域，专门用来存放生命周期贯穿整个程序运行过程的数据，程序运行期间不会随意释放，直到程序彻底退出才统一回收

全局变量与静态变量放在静态区
因为静态区内存系统会自动清零，所以没有初始化的静态区变量，默认值固定为 0
（char → '\0'，float/double → 0.0）

堆区用于动态内存管理，在后续文章中会说到