所谓作用域(Scope),就是变量的有效范围,就是变量可以在哪个范围以内使用。有些变量可以在所有代码文件中使用,有些变量只能在当前的文件中使用,有些变量只能在函数内部使用,有些变量只能在 for 循环内部使用。
变量的作用域由变量的定义位置决定,在不同位置定义的变量,它的作用域是不一样的。本节我们只讲解两种变量,一种是只能在函数内部使用的变量,另一种是可以在所有代码文件中使用的变量。
在函数内部定义的变量,它的作用域也仅限于函数内部,出了函数就不能使用了,我们将这样的变量称为局部变量(Local Variable)。函数的形参也是局部变量,也只能在函数内部使用。请看下面的例子:
#include <stdio.h>
int sum(int m, int n){
int i, sum=0;
//m、n、i、sum 都是局部变量,只能在 sum() 内部使用
for(i=m; i<=n; i++){
sum+=i;
}
return sum;
}
int main(){
int begin = 5, end = 86;
int result = sum(begin, end);
//begin、end、result 也都是局部变量,只能在 main() 内部使用
printf("The sum from %d to %d is %d\n", begin, end, result);
return 0;
}
m、n、i、sum 是局部变量,只能在 sum() 内部使用;begin、end、result 也是局部变量,只能在 main() 内部使用。
对局部变量的两点说明:
C语言允许在所有函数的外部定义变量,这样的变量称为全局变量(Global Variable)。
全局变量的默认作用域是整个程序,也就是所有的代码文件,包括源文件(.c文件)和头文件(.h文件)。如果给全局变量加上 static 关键字,它的作用域就变成了当前文件,在其它文件中就无效了。我们目前编写的代码都是在一个源文件中,所以暂时不用考虑 static 关键字,后续我将会在《C语言模块化开发》专题中详细讲解。
【实例】定义一个函数,根据长方体的长宽高求它的体积以及三个面的面积。
#include <stdio.h>
//定义三个全局变量,分别表示三个面的面积
int s1 = 0, s2 = 0, s3 = 0;
int vs(int length, int width, int height){
int v; //体积
v = length * width * height;
s1 = length * width;
s2 = width * height;
s3 = length * height;
return v;
}
int main(){
int v = 0;
v = vs(15, 20, 30);
printf("v=%d, s1=%d, s2=%d, s3=%d\n", v, s1, s2, s3);
v = vs(5, 17, 8);
printf("v=%d, s1=%d, s2=%d, s3=%d\n", v, s1, s2, s3);
return 0;
}
运行结果:
根据题意,我们希望借助一个函数得到四份数据:体积 v 以及三个面的面积 s1、s2、s3。遗憾的是,C语言中的函数只能有一个返回值,我们只能将其中的一份数据(也就是体积 v)放到返回值中,其它三份数据(也就是面积 s1、s2、s3)只能保存到全局变量中。
C语言代码从前往后依次执行,变量在使用之前必须定义或者声明,全局变量 s1、s2、s3 定义在程序开头,所以在 vs() 和 main() 中都有效。
在 vs() 中将求得的面积放到 s1、s2、s3 中,在 main() 中能够顺利取得它们的值,这说明:在一个函数内部修改全局变量的值会影响其它函数,全局变量的值在函数内部被修改后并不会自动恢复,它会一直保留该值,直到下次被修改。
全局变量也是变量,变量只能保存一份数据,一旦数据被修改了,原来的数据就被冲刷掉了,再也无法恢复了,所以不管是全局变量还是局部变量,一旦它的值被修改,这种影响都会一直持续下去,直到再次被修改。
每一段可运行的C语言代码都包含了多个作用域,即使最简单的C语言代码也是如此。
int main(){
return 0;
}
这就是最简单的、可运行的C语言代码,它包含了两个作用域,一个是 main() 函数内部的局部作用域,一个是 main() 函数外部的全局作用域。
C语言规定,在同一个作用域中不能出现两个名字相同的变量,否则会产生命名冲突;但是在不同的作用域中,允许出现名字相同的变量,它们的作用范围不同,彼此之间不会产生冲突。这句话有两层含义:
1) 不同函数内部的同名变量是两个完全独立的变量,它们之间没有任何关联,也不会相互影响。请看下面的代码:
#include <stdio.h>
void func_a(){
int n = 100;
printf("func_a: n = %d\n", n);
n = 86;
printf("func_a: n = %d\n", n);
}
void func_b(){
int n = 29;
printf("func_b: n = %d\n", n);
func_a(); //调用func_a()
printf("func_b: n = %d\n", n);
}
int main(){
func_b();
return 0;
}
运行结果:
func_a() 和 func_b() 内部都定义了一个变量 n,在 func_b() 中,n 的初始值是 29,调用 func_a() 后,n 值还是 29,这说明 func_b() 内部的 n 并没有影响 func_a() 内部的 n。这两个 n 是完全不同的变量,彼此之间根本“不认识”,只是起了个相同的名字而已,这就好像明星撞衫,北京和云南都有叫李红的,赶巧了而已。
2) 函数内部的局部变量和函数外部的全局变量同名时,在当前函数这个局部作用域中,全局变量会被“屏蔽”,不再起作用。也就是说,在函数内部使用的是局部变量,而不是全局变量。
变量的使用遵循就近原则,如果在当前的局部作用域中找到了同名变量,就不会再去更大的全局作用域中查找。另外,只能从小的作用域向大的作用域中去寻找变量,而不能反过来,使用更小的作用域中的变量。
下面我们通过一个具体的例子来说明:
#include <stdio.h>
int n = 10; //全局变量
void func1(){
int n = 20; //局部变量
printf("func1 n: %d\n", n);
}
void func2(int n){
printf("func2 n: %d\n", n);
}
void func3(){
printf("func3 n: %d\n", n);
}
int main(){
int n = 30; //局部变量
func1();
func2(n);
func3();
printf("main n: %d\n", n);
return 0;
}
运行结果:
代码中虽然定义了多个同名变量 n,但它们的作用域不同,所有不会产生命名冲突。
下面是对输出结果的分析: