C 全局变量和局部变量

在 C 语言中，变量有一定的作用域（也就是变量的有效范围）。根据变量定义位置的不同，可以分为以下 2 种。

• 全局变量。
• 局部变量。

C 全局变量

在 C 语言中，全局变量指的是在所有函数之外定义的变量。对于全局变量来说，它的作用范围是从定义处到整个 C 程序结束。也就是说，程序中的任何函数都可以访问和修改全局变量的值。

示例 1：C 定义全局变量

#include <stdio.h>

// 定义全局变量
int year = 2030;
void fn(void)
{
    // 在 fn() 函数中访问全局变量
    printf("%d\n", year);
}
int main(void)
{
    fn();
    // 在 main() 函数中访问全局变量
    printf("%d", year);
    return 0;
}

运行结果如下。

2030
2030

分析：

C 语言中的全局变量在整个程序范围内有效，所有函数都可以访问和修改它。

示例 2：全局变量会默认初始化

#include <stdio.h>

// 定义全局变量
int a;
float b;
char c;

int main(void)
{
    // 在 main() 函数中访问全局变量
    printf("%d\n", a);
    printf("%f\n", b);
    printf("%c\n", c);

    return 0;
}

运行结果如下。

0
0.000000
（空字符）

分析：

如果全局变量在定义时没有显式地初始化，它们默认会被自动初始化。其中 int 类型默认初始化为 0，float 类型默认初始化为 0.000000，而 char 类型默认初始化为空字符（即 ASCII 值为 0 的字符 '\0'）。

C 局部变量

在 C 语言中，局部变量指的是在 “函数” 内部定义的变量。对于局部变量来说，它只能在其被定义的函数内部被访问到。当函数执行完毕后，局部变量会被销毁，其占用的内存也会被释放。

示例 3：C 定义局部变量

#include <stdio.h>

void fn(void)
{
    // 定义局部变量
    int year = 2030;
    // 访问局部变量
    printf("%d", year);
}
int main(void)
{
    fn();
    // 尝试在 main() 中访问局部变量
    printf("%d", year);
    return 0;
}

运行结果如下。

（报错）error: 'year' undeclared (first use in this function);

分析：

C 语言中的局部变量只能在当前函数内部可以被访问到，而无法在其他函数中被访问到。

在下面代码中，我们可以直观地看出全局变量和局部变量的位置区别。

#include <stdio.h>

int a = 10;             // 这是全局变量
void fn(void)
{
    int b = 20;         // 这是局部变量
    printf("%d", b);
}
int main(void)
{
    int c = 30;        // 这是局部变量
    printf("%d", c);
    return 0;
}

示例 4：static 局部变量

#include <stdio.h>

void counter() 
{
    // 静态局部变量，只初始化一次
    static int count = 0;
    count++;
    printf("函数被调用了 %d 次\n", count);
}

int main(void) 
{
    counter();
    counter();
    counter();
    return 0;
}

运行结果如下。

函数被调用了 1 次
函数被调用了 2 次
函数被调用了 3 次

分析：

使用关键字 static 修饰的局部变量，其生命周期会持续到程序结束，但其作用域仍然限制在定义它的函数内部。该静态局部变量在程序运行前就已经完成了初始化（且只能初始化一次），后续的函数调用会保持上次的值。

C 全局变量与局部变量同名

在 C 语言中，如果在函数内部定义了一个与全局变量同名的局部变量，那么在该函数内部，局部变量会 “屏蔽” 全局变量。也就是说，函数内部访问的是局部变量，而不是全局变量。

示例 5：全局变量与局部变量同名

#include <stdio.h>

// 定义全局变量
int year = 2030;

void getYear(void) 
{
    // 定义与全局变量同名的局部变量
    int year = 2077;
    printf("%d\n", year);      // 访问的是局部变量
}

int main(void) 
{
    printf("main（修改前）：%d\n", year);     // 访问的是全局变量
    getYear();
    printf("main（修改后）：%d\n", year);     // 访问的仍然是全局变量

    return 0;
}

运行结果如下。

main（修改前）：2030
2077
main（修改后）：2030

分析：

在 getYear() 函数内部，局部变量 year 的值为 2077，它与全局变量 year 互不影响。在 main() 函数中，访问的仍然是全局变量 year。

extern 关键字

如果一个全局变量在一个源文件中定义，而需要在另一个源文件中使用，此时可以使用 extern 关键字在使用的源文件中声明该全局变量。这告诉编译器该变量已经在其他地方定义过了。

在当前项目的根目录中有 2 个文件：utils.c 和 main.c，整个项目结构如下图所示。

其中，utils.c 代码如下：

// 定义全局变量
int year = 2030;

示例 6：使用 extern 关键字（main.c）

#include <stdio.h>

// 声明在 utils.c 中定义的全局变量
extern int year;

int main(void)
{
    printf("%d", year);
    return 0;
}

然后我们需要使用 gcc 同时编译 main.c 和 utils.c，也就是在 VSCode 中先执行 “gcc main.c utils.c -o output”，然后再运行 “./output”，其结果如下。

2030

最后来总结一下，在使用全局变量和局部变量时，小伙伴们要注意以下几点：

• 尽量减少全局变量的使用：过多地使用全局变量可能会导致程序的可维护性降低，因为全局变量可以在程序的任何地方被修改，这使得跟踪变量的变化变得困难，并且容易产生意想不到的副作用。
• 局部变量优先：在能够满足需求的情况下，应该优先使用局部变量。因为局部变量的作用域仅限于函数内部，有助于提高代码的模块性和独立性。
• 注意变量的初始化：在使用变量之前务必对其进行初始化，特别是局部变量，这样可以避免使用未定义的值。全局变量通常会被默认初始化，但显式初始化可以提高代码的可读性。
• 避免全局变量与局部变量同名：虽然 C 语言允许全局变量和局部变量同名，但这会降低代码的可读性，容易引起混淆。我们应该尽量避免这种情况，或者使用清晰的命名约定来区分它们。