局部作用域与全局作用域

作用域

变量的作用域是指变量在代码中可见并可使用的区域。

作用域有时也被称为变量的生命周期。当变量超出其作用域时，它们会被销毁。我们很快就会深入探讨局部变量销毁的具体机制！

主要有两种作用域：

• 局部作用域
• 全局作用域

全局作用域

全局作用域是整个程序的作用域。

在全局作用域中声明的变量：

• 称为全局变量。
• 在整个程序中都可见或可访问。
• 变量的生命周期贯穿程序运行的全过程。

以下代码声明了两个全局变量——global1 和 global2。

1#include <stdio.h>
2
3// global1 和 global2 在程序中任何地方都可见
4int global1 = 100;
5float global2 = 3.3f;
6
7void otherFunc()
8{
9    // otherFunc 可以访问这些变量
10    printf("[otherFunc] %d %f\n", global1, global2);
11}
12
13int main()
14{
15    // main 函数也可以访问这些变量
16    printf("[main] %d %f\n", global1, global2);
17
18    otherFunc();
19    return 0;
20}

代码编译后的结果是一个可执行文件。执行下面的代码块，它将编译代码，然后运行 ls 命令，显示生成的可执行文件（main）。

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3
4int main()
5{
6    system("ls");        // 显示 "output" 目录的内容
7    system("file main"); // 显示 main 是一个二进制文件
8    return 0;
9}

输出可能如下所示：

1__ed_mem.txt
2__ed_script.sh
3__ed_stderr.txt
4__ed_stdout.txt
5main
6main.c
7output
8main: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/l, for GNU/Linux 2.6.32, not stripped

注意，main.c 是用于生成可执行文件 main 的源文件。最后一行表明 main 确实是一个可执行文件。

可执行文件包含多个段，每个段存储不同类型的信息：

• .code 或 .text 段存储我们编写的代码。
• .rodata（只读数据）段存储常量变量。
• .bss 段存储未初始化的全局变量（包括静态全局变量）。
• .data 段存储所有已初始化的全局变量（包括静态全局变量）。

全局变量存储在 .bss 和 .data 段中。来自 .bss 段的未初始化全局或静态变量，在程序加载并开始运行时会自动被初始化为 0。

让我们通过下面的代码来探索不同变量是如何存储的。

我们可以使用 Linux 的 size 命令来查看各段的大小。可以通过 system 函数从 C 代码中调用该命令。

先运行一次不声明任何变量的代码。你的输出可能会有所不同，因此建议打开记事本或其他编辑器临时保存。注意，在本课程中我们省略了最后两列，因为它们并不重要。

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3
4// int global1 = 5;
5// int global2 = 11;
6// int global3;
7// int global4;
8
9int main()
10{
11    system("size main");
12    return 0;
13}

我们的基准值为：

1 text	   data	    bss	    dec		
2 1186	   560	      8	   1754	

取消注释第 4 行和第 5 行，再次运行代码。我们声明了两个已初始化的全局变量。

1  text	   data	    bss	    dec	    
2  1186	   568	      8	   1762	  

观察 .data 列，它从 560 变为 568，这是因为这两个全局变量被放入了 .data 段。

重新注释第 4 行和第 5 行，取消注释第 6 行和第 7 行。与基准值进行比较：

1   text	   data	    bss	    dec	    
2   1186	    560	     16	   1762	

.bss 列从 8 变为 16，因为两个未初始化的全局变量被存放在该段中。

你可以在代码中自由添加更多变量，进一步探索。

局部作用域

局部作用域是函数或代码块的作用域。

在局部作用域中声明的变量：

• 称为局部变量。
• 仅在声明它的函数或代码块内部可见或可访问。
• 变量的生命周期与函数的执行周期一致。

以下代码声明了三个局部变量——local1、local2 和 local3。

1#include <stdio.h>
2
3void otherFunc()
4{
5    // otherFunc 可以看到 local2，因为 local2 定义在 otherFunc 中（第 7 行）
6    // otherFunc 无法看到 local1 和 local3
7    int local2 = 15;
8    printf("[otherFunc] %d\n", local2);
9}
10
11int main()
12{
13    // main 可以看到 local1，因为 local1 在 main 中定义（第 12 行）
14    // main 无法看到 local2
15    int local1 = 14;
16    printf("[main] %d\n", local1);
17
18    //{ } 创建一个代码块，限制其中变量的可见性仅限于该块
19    {
20        int local3 = 11;
21        printf("[main 内部的代码块] %d\n", local3);
22
23        // } 之后，local3 就不再可见
24    }
25
26    // local3 在此处不可见，取消下面这行注释会导致编译错误
27    // printf("[代码块之后] %d\n", local3);
28
29    otherFunc();
30    return 0;
31}

前文提到的段（.code、.data、.bss、.rodata）被称为静态段，因为它们存储在可执行文件中，且大小在编译时已知。

另一方面，我们还有栈和堆。这两个是动态分配的内存区域，其大小在运行时才确定。

栈用于存储局部变量。例如，上述代码中的 local1、local2 和 local3 会被编译器放置到栈段中。

我们将在后续课程中深入探讨栈和堆。
本节课结束后，请记住：局部变量存储在栈中。