【转】C语言中标识符的作用域、命名空间、链接属性、生命周期、存储类型

Technorati 标签: C,标识符,作用域,命名空间,链接属性,生命周期,存储类型,scope,name space,linkage,storage durations,lifetime
        无论学习哪一种语言，都免不了要讨论这些问题。而且这些问题，深究起来有时也让我们很迷惑。
       标识符的定义无需多讲，只需注意不仅仅是指变量，还有函数，标签等。
1. 标识符的作用域
        作用域是指允许对标识符进行访问的位置范围。按照C99（章节6.2.1），C语言的作用域共有 4 种类型：文件作用域、代码块作用域、函数作用域、函数原型作用域。
类型
位置
说明
文件作用域  (file)    在所有 代码块和参数列表 之外    整个文件内都可以访问
代码块作用域 ( block)    在“代码块”或者“函数的参数列表”内部    只有所在的代码块内可以访问
函数作用域 (function)    函数体内    具有此作用域的只有一种语句：只有goto语句要使用的“语句标签”。简化为一条规则：一个函数中的语句标签（即label）不可相同。
函数原型作用域  (function prototype)    声明的函数原型的参数列表中（注意与“函数定义”不同）    由于函数原型的参数名称可以省略，即使不省略，也不要求和“函数定义”中的形参列表中名称相同。 
只有一种情况会发生冲突：参数列表中的有重复的变量名。（这时编译报错： redefinition of parameter ）
        说明：当出现两个标识符名称相同的情况，而且都属于同一个命名空间，那么在内层代码块，内层的那个标识符会隐藏外层的那个标识符。
举例说明并分析：
[cpp] view plaincopy 
int my_func(int a, int b);  /* myfunc是“文件作用域”；a,b是 “函数原型作用域” */   
int a;/* a是文件作用域。 注意：虽然上面的函数原型中将参数名称声明为a， 但是由于作用域不同，是合法的。下一行的b也是这种情况 */   
static int b; /* b是文件作用域 */   
int d( int n ){ /* d是“文件作用域”。因为这是函数定义，而不是函数原型，所以形式参数n 是“代码块作用域” */  
                /* 由于形式参数中已经声明n，那么在函数体内的最外层变量的名称就不能再为n，因为同一个作用域内不允许对同一个变量进行多次声明。  
                      如果声明，编译器会提示重复声明变量。（在某些较老版本的编译器是允许的，但是C99标准是不允许的）  
                    在不同的作用域内可以 */  
    int f;  /* f是代码块作用域 */  
      
    int g(int k);   /* 函数原型，位于函数体代码块内。声明的函数名称g是“代码块作用域”，参数k是“函数原型作用域” */  
    
  my_label:  /* 定义一个label，是“函数作用域” */       
     
    ...  /*  下面的代码块可以是while循环、for循环或if语言等等*/   
    {    
        int f, g, i; /* 都是代码块作用域，而且只是在内层代码块，在外层代码块不可见 */  
                    /* 对于f，外层已经存在f，这里会隐藏掉外层的f，即在这个内层代码块中无法访问外层的f */  
        int n;     /* 代码块作用域，由于这里已经不是函数体内的最外层，所以可以声明与函数的形式参数同名的变量， 
                        同样会隐藏掉外层的变量n   */   
    }  
    ...  /* 另外一个 代码块 */   
    {  
        int i;  /* 代码块作用域，虽然上面的一个内层代码块中已经存在i，但是由于这两个代码块不存在嵌套关系，所以也不存在隐藏现象 */  
    }  
}  
    注意事项：
         1.  注意函数原型中的参数是“函数原型作用域”，而函数定义中的参数是“代码块作用域”。例如上面代码中第一行的a,b和函数定义中的 n
         2.  由于函数定义中参数是“代码块作用域”，所以在函数体内的最外层的变量名称不能再为n，但是内层嵌套的代码块变量名称可以为n。虽然这条特性在某些较老版本的编译器中是可以的，但是在ANSI C中师不允许的。
         3.  变量的隐藏只是针对嵌套的作用域，对于不嵌套的作用域就没有这个说法。例如上面例子中的变量 f 是嵌套的，而 i 是不嵌套的，所以内层的 f 会隐藏掉外层的 f ，但是 i 不会相互隐藏。
2. 标识符的命名空间
        命名空间是为了解决 “在相同作用域内如何区分 相同的标识符”。 
        说明：①只有在相同作用域的情况下才能使用到命名空间去区分标识符，在嵌套的作用域、不同的作用域区分标识符都用不到命名空间的概念。 
                  ②在相同的作用域内，如果命名空间不同，标识符可以使用相同的名称。否则，即如果命名空间不同，编译器会报错，提示重复定义。
        按照C99（章节6.2.3），命名空间可以分为四种：
            2.1  所有的标签（label）都属于同一个命名空间。 
                    说明：①在同一个函数内，你的标签不能相同。②在同一个函数内，标签可以和其他变量名称相同。因为它们所属的命名空间不同。
            2.2  struct、enum和union的名称，在C99中称之为tag，所有的tag属于同一个命名空间。 
                   也就是说，如果你已经声明struct A { int a }; 就不能在声明 union A{ int a };
                   说明：之所以让所有的tag组成一个命名空间，由于Tag前面总是带struct，enum或union关键字，所以编译器可以将它们与其他的标识符区分开。
           2.3  struct和union的成员属于一个命名空间，而且是相互独立的。例如：如果你已经声明struct A { int a }; 
                  其成员的名称为a，你仍然可以声明 struct B{ int a };或者union B{ int a };
                  说明：之所以让struct和union的成员各自成为一个命名空间，是因为它们的成员访问时，需要通过 "."或"->"运算符，而不会单独使用，所以编译器可以将它们与其他的标识符区分开。由于枚举类型enum的成员可以单独使用，所以枚举类型的成员不在这一名称空间内。
           2.4  其他所有的标识符，属于同一个名称空间。包括变量名、函数名、函数参数，宏定义、typedef的类型名、enum的成员 等等。 
                  注意：如果标识符出现重名的情况，宏定义覆盖所有其它标识符，这是因为它在预处理阶段而不是编译阶段处理。除了宏定义之外其它类别的标识符，处理规则是：内层作用域会隐藏掉外层作用域的标识符。
举例说明并分析：
[cpp] view plaincopy 
">#include <stdio.h>   
#include <stdlib.h>  
  
int main(){  
    struct A{   /* “结构体的tag”和“结构体成员”不在同一个命名空间，所以名称可以相同 */   
        int A;  
    };  
    union B{  /* 根据第二条，这个union的tag不能是A，但是根据第三条，其成员的名称可以与struct A的成员名称相同 */  
        int A;  
    };  
    struct A A; /* “结构体的tag”和“普通变量”不在同一个命名空间，所以名称可以相同 */   
    union B B;  /* 上面的“结构体变量”和 这行的“联合体变量”属于同一个命名空间，名称不能相同，即不能是 union B A */  
    int my_label = 1; /* “普通变量”和“标签”不属于同一个命名空间，所以名称可以相同 */  
    A.A = 1;  
    B.A = 20;  
    printf("B.A == %d  /n/n", B.A);       
      
  my_label:     /* 这里label 的名称与上面变量的名称 相同 */   
    printf("A.A == %d  /n", A.A);  
    A.A +=1;  
    if(A.A <= 5){  
        goto my_label;      
    }  
      
    system("pause");  
    return EXIT_SUCCESS;  
}  
运行结果为：
[cpp] view plaincopy 
B.A == 20  
  
A.A == 1  
A.A == 2  
A.A == 3  
A.A == 4  
A.A == 5  
 
3. 标识符的链接属性
        主要用于处理多次声明相同的标识符名称后，如何判断这些标识符是否是同一个。  
        原文对链接属性(linkage)的定义如下：An identi?er declared in different scopes or in the same scope more than once can be made to refer to the same object or function by a process called  linkage.
        注意：链接属性(linkage)是相对于相同的标识符名称来说的，对于不同的标识符，没有链接属性。
        按照C99（章节6.2.2），链接属性分为三种：external（外部的）， internal（内部的）， none（无）。
类型
说明
默认（即不使用extern和static）
外部  external    同一个标识符，即使在不同的文件中，也表示同一个实体。    ①具有文件作用域的变量和函数。 
②代码块作用域内部的函数声明
内部  internal    同一个标识符，仅仅在同一个文件中才表示同一个实体。    无（如果不使用static，那么默认没有内部链接属性的标识符。只有被static修饰的具有文件作用域的标识符，才具有internal链接属性）
无  none    表示不同的实体    所有其他的标识符。如：函数的参数、代码块作用域的变量、标签等
        extern和static的使用：
        3.1  文件作用域的变量和函数定义，即在所有 代码块和参数列表之外的标识符，使用static修饰，则具有 内部链接属性。
        3.2  一个标识符声明为extern，并且前面已经对同一个标识符进行了声明，那么 
              ①如果前一个声明时internal或者external，那么后一个声明与前一个相同。（即尽管后一个使用了extern，但其链接属性由前一个决定）。 
              ②如果前一个声明为none，或者前一个声明在当前作用域不可见，那么这个标识符的链接属性为external。  
             举例说明并分析：（注意所有文件都在同一个工程中）
[cpp] view plaincopy 
/* 文件《test1.c》 */  
int a=1 ;   /* 这里的a为external */   
int b=1;    /* 这里的b为external */   
  
void print_in_test1(){  
    static int a;   /* 这里是重新声明一个变量a, 并且会隐藏掉外层的a。由于是static静态类型，其默认初始化为0，所以下面的打印结果应为 0*/   
    extern int b;   /* 虽然这里将b用extern声明，但是由于文件前面声明的b是external，所以b的链接属性也没有改变，依然是external，所以下面的打印结果应为 1 */   
      
    printf("test1.c:  a == %d  /n", a);  
    printf("test1.c:  b == %d  /n", b);  
}  
  
  
/*文件《test2.c》 */  
static int a=2; /* 这里的a为internal */   
  
void print_in_test2(){  
    extern int a;  /* 虽然这里将a用extern声明，但是由于文件前面声明的a是internal，所以a的链接属性并没有改变，依然是internal */   
    int b =2;  /* 这里b为none，不会链接到test1.c中的 b，所以下面的打印结果应为 2 */   
    printf("test2.c:  a == %d  /n", a);     /* 所以下面的打印结果应为 2 */   
    printf("test2.c print_in_test2() :  b == %d  /n", b);  
}  
  
void print2_in_test2(){  
    extern int b;   /* b会链接到test1.c中的 b，而不是上面的函数中的 b，所以下面的打印结果应为 1 */  
    printf("test2.c:  b == %d  /n", b);   
}   
  
/* 文件《main.c》 */  
#include   
#include   
  
extern int a; /* 会链接到test1.c中的 a，所以下面的打印结果应该为 1 */   
  
void print_in_test1();  /* 函数原型，会链接到test1.c中的 print_in_test1()*/  
  
int main(int argc, char *argv[])  
{  
  
    void print_in_test2();  /* 函数原型，会链接到test2.c中的 print_in_test2()*/  
    void print2_in_test2(); /* 函数原型，会链接到test2.c中的 print2_in_test2()*/  
      
    printf("main.c:  a == %d  /n", a);  
    print_in_test1();  
    print_in_test2();  
    print2_in_test2();  
      
    system("PAUSE");      
    return 0;  
}  
        运行结果：
[cpp] view plaincopy 
main.c:  a == 1  
test1.c:  a == 0  
test1.c:  b == 1  
test2.c:  a == 2  
test2.c print_in_test2() :  b == 2  
test2.c:  b == 1  
        3.3  如果不使用static和extern： 
                1.对于函数声明:一定是external，无论是否在代码块内部。 
                2.对于变量声明：如果在   代码块外，则是 external；否则是none
             例子可以参照上面的程序代码，《main.c》中声明函数原型时，print_in_test1()在main函数外，print_in_test2()和print2_in_test2()在main函数内，虽然位置不同，但都是external的，都会正确链接到相应的函数。
4. 变量的生命周期、存储类型
        变量的生存期(Storage durations)，也就是变量的生命周期(lifetime)，可以理解为：程序运行期间，变量从分配到地址 到 地址被释放 这一过程。
        更具C99描述，变量的生存期分为三种类型：static（静态）, automatic（自动）, and allocated（动态分配）。
        1.  属于文件作用域（即external或internal链接属性）、以及被static修饰的变量，具有static静态生存期。
        2.  链接属性为none，并且没有static修饰 的变量，具有automatic自动生存期。
        3.  allocated动态分配生存期，是指使用malloc函数，在进程的堆空间分配内存的变量。
        说明：
        4.1  生命周期、存数类型 都是针对变量，对于函数等其他标识符没有这个说法。 
               因为在程序运行期间，只有变量才需要分配内存和释放内存，其他的诸如函数等都不需要。
        4.2  变量的生命周期和存储类型密切相关。
              ① 静态生存期的变量存储在静态内存中。其中使用static修饰的变量，在C语言书籍中也被称为“静态变量”。静态存储的变量，在程序运行之前就已经创建，在程序整个执行期间一直存在，如果声明时没有被显式的初始化，就会被自动初始化为0。          注意：静态变量当然是属于静态存储方式，但是属于静态存储方式的变量不一定就是静态变量， 例如外部变量虽属于静态存储方式，但不一定是静态变量，必须由 static加以定义后才能成为静态变量。 
              ② 自动生存期的变量存储于栈或寄存器中。其中在代码块内部声明的变量，在C语言书籍中也被称为“自动变量”，使用auto修饰符，默认可以省略。对于自动存储的变量当程序执行到含有自动变量的代码段时，自动变量才被创建，并且不会被自动初始化，代码段执行结束，自动变量就自动销毁，释放掉内存。如果代码段被反复执行，那么自动变量就会反复被创建和销毁。注意这一点和静态变量不同，静态变量只创建一次，到程序结束才销毁。
              ③  动态分配生存期的变量存储于堆中，也不会被自动初始化，使用free函数释放内存。
        4.3  修改变量的存储类型（如用static将自动变量变为静态变量），并不会修改变量的作用域，变量的作用域仍然有其声明的位置决定。
        4.4  变量的存储类型修饰符一共有五个：static、auto、register、extern、typedef。
        4.5  函数的形式参数，如果使用修饰符，只能使用register修饰，表示运行时参数存储在寄存器上。注意：形式参数是不能用auto修饰的。
5. 总结
        下图为一个变量声明，在 不同的作用域 对应的其他属性：
作用域
声明位置
链接属性
存储类型
默认初始化值
使用static修饰
file    在所有“代码块”和“参数列表”之外    external    static      0    internal
block    在“代码块”或者“函数的参数列表”内部    none    automatic    形式参数 调用时被初始化；代码块内部的不自动初始化    none
function    函数体内    ---------    --------    标签，不需要初始化    ---------
function prototype    声明的函数原型的参数列表中（注意与“函数定义”不同）    ---------    --------    不需要初始化    ---------