13-C语言：第13天笔记

C语言：第13天笔记

内容提要

• 函数
  • 变量的作用域
  • 变量的生命周期
• 指针

函数

变量的作用域

引入问题

我们在函数设计的过程中，经常要考虑对于参数的设计，换句话说，我们需要考虑函数需要几个参数，需要什么类型的参数，但我们并没有考虑函数是否需要提供参数，如果说函数可以访问到已定义的数据，则就不需要提供函数形参。那么我们到底要不要提供函数形参，取决于什么？答案就是变量的作用域（如果函数在变量的作用域范围内，则函数可以直接访问数据，无需提供形参）

变量作用域

**概念：**变量的作用范围，也就是说变量在什么范围有效。

变量的分类

根据变量的作用域不同，变量可以分为：

• 全局变量

  说明：定义在函数之外，也称之为外部变量或者全程变量。

  作用域：从全局变量定义到本源文件结束。

  初始值：整型和浮点型，默认值是0；字符型，默认值是\0；指针型，默认值NULL

  举例：

   int num1;  // 全局变量，num1能被fun1、fun2、main共同访问void fun1(){}int num2;  // 全局变量，num2能被fun2、main共同访问void fun2(){}void main(){}int num3;  // 全局变量，不能被任何函数访问  
  

• 局部变量

  说明	作用域	初始值
  形式参数（形参）	函数作用域	随机值，需要手动赋初值
  函数内定义的变量	函数作用域	随机值，需要手动赋初值
  复合语句中定义的变量	块作用域	随机值，需要手动赋初值
  for循环表达式1定义的变量	块作用域	随机值，需要手动赋初值

  举例：

   // a,b就是形式参数（局部变量）int add(int a, int b){return a + b;}int add2(int a, int b){// z就是函数内定义的变量（局部变量）int z = a + b;return z;}int list(int arr[], int len){// i就是for循环表达式1的变量（局部变量）for(int i = 0; i < len; i++){// num就是复合语句中定义的变量（局部变量）int num = arr[i];}}
  

  使用全局变量的优缺点：

  优点：

  1. 利用全局变量可以实现一个函数对外输出的多个结果数据。
  2. 利用全局变量可以减少函数形参的个数，从而降低内存消耗，以及因为形参传递带来的时间消耗。

  缺点：

  1. 全局变量在程序的整个运行期间，始终占据内存空间，会引起资源消耗。
  2. 过多的全局变量会引起程序的混乱，操作程序结果错误。
  3. 降低程序的通用性，特别是当我们进行函数移植时，不仅仅要移植函数，还要考虑全局变量。
  4. 违反了“高内聚，低耦合”的程序设计原则。

  总结：

  ​ 我们发现弊大于利，建议尽量减少对全局变量的使用，函数之间要产生联系，仅通过实参+形参的方式产生联系。

作用域举例

注意：

如果全局变量和局部变量同名，程序执行的时候，就近原则（区分作用域）

 int a = 10;  // 全局变量  全局作用域// int a = 22;  // 错误的，全局作用域已经存在a变量int main(){int a = 20;  // 局部变量  函数作用域，作用域不同，可以出现同名变量printf("%d\n", a); // 20 就近原则for (int a = 0; a < 5; a++)  // 局部变量 块作用域{printf("%d", a); // 0 1 2 3 4  就近原则}for (int a = 0; a < 5; a++)  // 局部变量 块作用域{printf("%d", a); // 0 1 2 3 4  就近原则}printf("%d\n",a);  // 20 就近原则}

注意：C语言中，同一个C文件中，是可以出现多个同名变量的，但是多个同名的变量的作用域不能相同。

变量的生命周期

定义

**概念：**变量在程序运行中的存在时间（内存申请到内存释放的时间）

根据变量存在的时间不同，变量可分为静态存储方式和动态存储方式

变量的存储类型

语法：

 变量的完整定义格式： [存储类型] 数据类型 变量列表;   

存储类型：

• auto

  auto存储类型只能修饰局部变量，被auto修饰的局部变量是存储在动态存储区（栈区和堆区）的。auto也是局部变量默认的存储类型。

   int main(){int a;int b;// 以下写法等价于上面写法auto int a;auto int b;int a,b;// 以下写法等价于上面写法auto int a,b;}
  

• static

  **修饰局部变量：**局部变量会被存储在静态存储区。局部变量的生命周期被延长。但是作用域不发生改变，不推荐

  **修饰全局变量：**全局变量的生命周期不变，但是作用域衰减，一般限制全局变量只能在本源文件内访问，其他文件不可访问。

  **修饰函数：**被static修饰的函数，只能被当前文件访问,其他引用该文件的文件是无法访问的,有点类似于java中private

• extern

  外部存储类型：只能修饰全局变量，此全局变量可以被其他文件访问，相当于扩展了全局变量的作用域。

  extern修饰外部变量，往往是外部变量进行声明，声明该变量是在外部文件中定义的。起到一个标识作用。函数同理。

  demo01.c

   #include "demo01.h"int fun_a = 10;int fun1(){..}
  

  demo02.c

   #include "demo01.h"// 声明访问的外部文件的变量extern int fun_a;// 声明访问的外部文件的函数extern int fun1();int fun2();
  

• register

  寄存器存储类型：只能修饰局部变量，用register修饰的局部变量会直接存储到CPU的寄存器中，往往将循环变量设置为寄存器存储类型（提高读的效率）

   for (register int i = 0; i < 10; i++){...}
  

面试题

static关键字的作用

1. static修饰局部变量，延长其生命周期，但不影响局部变量的作用域。
2. static修饰全局变量，不影响全局变量的生命周期，会限制全局变量的作用域仅限本文件内使用(私有化)；
3. static修饰函数：此函数就称为内部函数，仅限本文件内调用（私有化）。static int funa(){..}

内部函数和外部函数

• 内部函数：使用static修饰的函数，称作内部函数，内部函数只能在当前文件中调用。
• 外部函数：使用extern修饰的函数，称作外部函数，extern是默认的，可以不写（区分编译环境），也就是说本质上我们所写的函数基本上都是外部函数，建议外部函数在被其他文件调用的时候，在其他文件中声明的时候，加上extern关键字，主要是提高代码的可读性。

指针

预备知识

内存地址

• 字节：字节是内存的容量单位，英文名Byte，1Byte = 8Bit = 1Char

• 地址：系统为了便于区分每一个字节而对他们逐一进行编号（编号唯一），称之为内存地址，简称地址。

基地址（首地址）

• 单字节数据：对于单字节数据，其地址就是其字节编号。举例：char a = ‘A’；

• 多字节数据：对于多字节数据，其地址是所有字节中编号最小的那个，称为基地址，或者首地址。

指针 == 地址

​ 指针的目的是为了进行寻址操作，找到对应的内存。

内存

• 虚拟内存：实际上是硬盘上的一块区域
• 物理内存：计算机中安装的硬件内存(比如：内存条)
  RAM：随机存储器，用于临时存储数据，读写速度快
• 虚拟内存
  内存总大小：4G
  内存单元：每个内存单元大小 节(byte)
  内存单元总数：$4\ast 1024\ast 1024\ast 1024$
  内存块：地址空间连续的多个内存单元
  地址：每个内存单元都有一个对应的地址，我们称之为内存地址，而地址我们通常使用十六进制表示。
  寻址：通过地址找到对应的内存

取地址符

• 每个变量都是一块内存，都可以通过取地址符&获取其地址（基地址）。

• 例如：

  int a = 100;
  printf("整型变量a的地址：%p\n", &a); // 0x7ffd3f7d7894  64位系统下：地址是12位16进制整数，占8字节char c = 'x';
  printf("字符变量c的地址：%p\n", &c); // 0x7ffd3f7d7895
  

• 注意：

  • 虽然不同的变量的尺寸是不同的，但是它们的地址的尺寸是一致的。
  • 不同的地址虽然形式上看起来是一样的，但由于它们代表的内存尺寸和类型都不同，因此他们在逻辑上是需要严格区分。

为什么要引用指针

• 为函数修改实参提供支持。
• 为动态内存管理提供支持。
• 为动态数据结构（链表、队列、二叉搜索树）提供支持。
• 为内存访问提供了另一种途径。

变量指针与指针变量

指针的概念

内存单元与地址机制

• 内存单元划分
  • 系统将内存划分为连续的基本存储单元，每个单元的容量为1字节（8 Bits）
  • 每个内存单元 拥有唯一编号，称为内存单元（64位系统下，12位16进制表示：如：0x7ffe382a8114）
• 变量的存储特性
  • 变量根据数据类型占据不同数量的内存单元：
    • char类型占1字节（1个单元）
    • int类型占4字节（4个单元）
    • double类型占8字节（8个单元）
  • 变量的**基地址（首地址）**是其首个内存单元的地址（首地址一般是这一组编号中最小的那个）

变量指针与指针变量

对比维度	变量指针	指针变量
本质	地址值（指针值），变量指针，其实就是变量的 首地址。本质是地址	存储地址的变量。本质是变量。
操作符	&（取地址符）	*（指针声明符，解引用符，如：int *p）
代码示例	&a（获取变量a的地址）	int* p = &a;
核心特性	不可修改（地址由系统分配）	可修改指向（p = &b）

指向

指针变量中存放谁的地址，就说明该指针变量指向谁。举例：

int a = 10;  // 变量a，存放常量10
int* p = &a; // 指针变量p，存放变量a的地址，此时我们可以说 指针变量p指向对象aint b = 20;
p = &b;      // 指针变量p指向对象b double c = 12;
double *p1 = &c;  

指针的尺寸

系统类型	指针尺寸	地址位数	十六进制显示长度
32位系统	4字节（long）	32Bit	8位（如：0x0804A000）
64位系统	8字节（long）	48Bit	12位（如： 0x7FFDEADBEEF）

小贴士：

Linux系统中打印地址时，最多显示12个十六进制数，为什么？

Linux64位操作系统中，一个内存地址占8个字节，一个字节8bit位，所以一个地址8*8=64bit位, 每4个bit可以表示1个十六进制数; 64个bit位用十六进制表示最多有16个数值位；

系统为了寻址方便，默认当前计算机系统没必要寻址64bit位，只寻址了48个bit位，所以用12个十六进制数表示一个地址。

二进制： 0100 1010 十六进制： 0x4A 4*16+10 = 74

注意： 在Linux64位操作系统中，指针类型的变量占8个字节的内存空间 在Linux32位操作系统中，指针类型的变量占4个字节的内存空间

指针的本质

• 变量指针：数据的“门牌号”（&a）
• 指针变量：存储门牌号的“笔记本”（int *p; 指针变量存储的地址所指向的对象的类型是int类型，不能说指针变量是int类型）
• 指向操作：通过门牌号访问数据（*p）

int a = 10;
printf("%d\n", a); // 直接访问对象a的值int *p = &a;
printf("%p\n", p); // 直接访问指针变量p的值，返回的是a的地址    p；访问指针变量，拿到的是地址值
printf("%d\n", *p);// 间接访问对象a的值，*p，解引用，访问p指向对象的数据  *p：访问指针变量指向的对象，拿到的是对象的值

内存数据的存取方式

在C语言中对内存数据（变量、数组元素等）的存取有两种方式：

直接访问

• 通过基本类型（整型、浮点型、字符型）的变量，访问这个变量代表的内存空间的数据。

• 通过数组元素的引用（下标），访问这个引用代表的内存空间的数据

  // 基本类型的变量
  int a = 10 ;       // 存
  printf("%d\n", a); // 取// 数组元素
  int arr[] = {11,22,33}; // 存
  arr[0] = 66;            // 存
  printf("%d\n", arr[0]); // 取
  

间接访问

• 通过指针变量，间接的访问内存中的数据。

• *：读作指针声明符或者 解引用符。如果*前面有数据类型，读取声明指针；如果*前面没有数据类型，读作解引用。

  案例：

  #include <stdio.h>

  int main(int argc,char *argv[])
  {
  // 定义一个普通变量
  int a = 3;

  // 定义一个指针变量，并赋值（指针变量本身还是一个变量，只不过只能存放地址值）
  int *p = &a; // 这里的地址值一定要有其在内存中对应的空间// 访问变量a，直接访问
  printf("直接访问-%d\n", a); // 3// 访问变量a，通过指针变量p访问，间接访问
  printf("间接访问-%d\n", *p); // 3 *p 解引用 通过指针变量访问其指向的对象// 访问p，*p, &p
  printf("p-指针变量的值：%p\n*p-指针变量的值指向的对象：%d\n&p-获取指针变量的地址：%p\n", p, *p, &p);// a的地址，a的值，p的地址return 0;
  

  }

  
  运行结果：
  

指针变量的定义

语法：

// 写法1
数据类型 *变量列表;// 写法2
数据类型* 变量;

举例：

#include <stdio.h>

int main(int argc,char *argv[])
{

// 普通变量
int a;  // 指针变量
int *p1;        // p1是指针变量
int *p2,*p3;    // p2,p3都是指针变量
int* p5,p6;     // p5是指针变量，p6是普通变量int* p4;        // p4是指针变量
int* p5,p6;     // p5是指针变量，p6是普通变量
int *p7,p8;     // p7是指针变量，p8是普通变量return 0;

}

注意：指针变量的值只能是8（32位系统）|  12（64位系统）位的十六进制整数。**注意：**① 虽然定义指针变量`*a`，是在变量名前加上`*`，但是实际变量名依然为`a`，而不是`*a`② 使用指针变量间接访问内存数据时，指针变量必须要明确指向。（指向：指针变量存放谁的地址，就指向谁）③ 如果想要借助指针变量间接访问指针变量保存的内存地址上的数据，可以使用指针变量前加`*`来间接返回访问。#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
{int i = 5, *p;p = &i;  // 将i的地址赋值给指针变量pprintf("%lx,%p,%p\n",p,p,&p);  // %p-p：访问的是p的值，也就是i的地址；%p-&p：访问的是p自身的地址printf("%d\n",*p);// 5*p = 10; // 间接的给p对应的地址上的数据空间赋值，也就是给变量i赋值  printf("%d,%d\n",*p,i);// 10,10return 0;
}

④ 指针变量只能指向同类型变量，借助指针变量访问内存，一次访问的内存大小是取决于指针变量的类型。

int a = 10;     // 普通变量
double b = 10;  // 普通变量int *pa = &a;   // 指针的类型 要和指向的对象的 类型一致
double *pb = &b; // 这里的double不是指针的类型，是指针指向的对象的类型

⑤ 指针变量在定义时可以初始化，这一点和普通变量一致。（指针变量本质上还是变量，只不过存放的是地址）

int a = 5; 
int *p = &a;        // 定义变量的同时初始化
printf("%d\n", *p); // 5int b;
int *p1 = &b;
printf("%d\n", *p1);// 随机值

指针变量的使用

使用

• 指针变量的赋值

  // 方式1
  int a, *p;
  p = &a;         // 先定义，后赋值// 方式2
  int a1, *p1, *q1 = &a1; // 定义并初始化
  p1 = q1;        // 变量的赋值，将q1的值赋值给p1，此时q1和p1都指向了a1
  

• 操作指针变量的值

  int a, *p , *q = &a;
  p = q;   // 指针变量的赋值，将q的值赋值给了p，此时p，q都指向了aprintf("%p\n", p); // 访问p的值（也就是a的地址）
  

• 操作指针变量指向的值

  int a = 6, *q = &a, b = 25;*q = 10;  // 赋值操作，修改q指向的a的值，此时 a = 10
  printf("%d,%d\n", *q, a); // 10,10q = &b;  // 赋值操作，给指针变量q重新赋值，此时q指向b
  printf("%d,%d\n", *q, a); // 25,10
  

指针运算符的使用

• &：取地址运算符。&a是获取变量a的地址值。这个是变量指针。
• *：指针运算符、间接访问运算符，*p是指针变量p指向的对象的值。这个是指针变量。

案例

案例1

• 需求：通过指针变量访问整型变量

• 分析：

• 代码：

  #include <stdio.h>int main()
  {int a = 3, b = 4, *p1 = &a, *p2 = &b;printf("a=%d,b=%d\n", *p1, *p2); // a=3,b=4return 0;
  }
  

案例2

• 需求：声明a,b两个变量，使用间接存取的方式实现数据的交换。

• 分析：
  

• 实现：指针指向改变，指向对象的值不变。

  代码：

  #include <stdio.h>

  int main(int argc,char *argv[])
  {
  int a = 3, b = 4, *p_a = &a, *p_b = &b;

  printf("交换前：a=%d-%d,b=%d-%d\n", a, *p_a, b, *p_b);// a=3-3,b=4-4// 指针的值交换，临时变量也是指针
  int *p_t = p_a;
  p_a = p_b; // p_a指向b
  p_b = p_t; // p_b指向aprintf("交换后：a=%d-%d,b=%d-%d\n", a, *p_a, b, *p_b);// a=3-4,b=4-3return 0;
  

  }

  
  总结：此时改变的只是指针的指向，原始变量a，b中数据并没有发生改变。

• 指针指向不变，指向对象的数据改变

  代码：

  #include <stdio.h>

  int main(int argc,char *argv[])
  {
  int a = 3, b = 4, *p_a = &a, *p_b = &b;
  printf(“交换前：a=%d-%d,b=%d-%d\n”, a, *p_a, b, *p_b);// a=3-3,b=4-4

  // 交换：指向不变，指向对象的值改变
  int temp = *p_a;
  *p_a = *p_b;  // 将p_b指向对象b的数据赋值给p_a指向的对象a
  *p_b = temp;  printf("交换后：a=%d-%d,b=%d-%d\n", a, *p_a, b, *p_b);// a=4-3,b=3-4return 0;
  

  }

  
  总结：此时改变的是原始变量，原始变量a，b中数据发生了改变。

案例3

• 需求：输入a,b两个整数，按先大后小的顺序输出a和b。

• 分析：
  

• 实现：指针指向改变，指向对象的值不变

  代码：

  #include <stdio.h>

  int main(int argc,char *argv[])
  {
  int a, b, *p_a = &a, *p_b = &b, *p_t;
  printf(“请输入两个整数：\n”);
  scanf(“%d%d”, &a, &b);

  if (a < b)
  {p_t = p_a;p_a = p_b;p_b = p_t;
  }printf("按从大到小的顺序输出a,b的值：%d > %d\n", *p_a, *p_b);return 0;
  

  }

• 实现：指针指向不变，指向对象的值改变

  案例：

  #include <stdio.h>

  int main(int argc,char *argv[])
  {
  int a, b, *p_a = &a, *p_b = &b, temp;
  printf(“请输入两个整数：\n”);
  scanf(“%d%d”, &a, &b);

  if (a < b)
  {temp = *p_a;*p_a = *p_b;*p_b = temp;
  }printf("按从大到小的顺序输出a,b的值：%d > %d\n", *p_a, *p_b);return 0;
  

  }

_a, *p_b);

  return 0;

}

- 实现：指针指向不变，指向对象的值改变案例：#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
{int a, b, *p_a = &a, *p_b = &b, temp;printf("请输入两个整数：\n");scanf("%d%d", &a, &b);if (a < b){temp = *p_a;*p_a = *p_b;*p_b = temp;}printf("按从大到小的顺序输出a,b的值：%d > %d\n", *p_a, *p_b);return 0;
}