C | 存储类和类型限定符 | 问题9

在C语言中，存储类和类型限定符是用于指定变量和函数的存储方式以及类型特性的关键字。这些关键字可以在变量或函数声明时使用，以增加程序的可读性和可维护性。本文将针对C语言中的存储类和类型限定符进行详细介绍。

存储类

存储类是用于指定变量或函数存储位置和存储期限的关键字。在C语言中，有四个存储类：auto、register、static和extern。

auto

auto是默认的存储类，它表示变量存储在程序的栈内存中，具有局部作用域和自动存储期限。当一个函数被调用时，它所需的所有变量都会被自动分配在栈内存中，并在函数结束时被销毁。

void test() {
    auto int x = 0; // auto 关键字可以省略
    x++;
    printf("%d\n", x);
}

register

register是一种建议编译器将变量存储在寄存器中的存储类，这可以更快地访问变量。但是，register变量必须是可寄存器的，并且不能对其取地址。

void test() {
    register int x = 0;
    x++;
    printf("%d\n", x);
}

static

static关键字可以修饰局部变量和全局变量。对于局部变量，static关键字会使其具有静态存储期和块作用域。静态存储期意味着该变量在整个程序执行期间都存在，而不是在函数结束后就被销毁。块作用域意味着其作用域仅限于其所在的代码块中。

对于全局变量，static关键字会使其具有静态存储期，但仍然具有文件作用域。这意味着该变量在程序执行期间都存在，但只能在当前文件中访问，而不能在其他文件中访问。

void test() {
    static int x = 0;
    x++;
    printf("%d\n", x);
}

extern

extern关键字用于声明在其他文件中定义的变量或函数。它告诉编译器，在某个其他位置定义的变量或函数可以被当前文件所引用。这实际上并不是定义该变量或函数，仅仅是声明它，在程序连接期间会进行连接。

/* file1.c */
extern int x; // 声明 x，在其他地方定义

/* file2.c */
int x; // 定义 x

void test() {
    extern int x; // 再次声明 x
    x++;
    printf("%d\n", x);
}

类型限定符

类型限定符是用于限制或修改变量类型的关键字。在C语言中，有四个类型限定符：const、volatile、restrict和_Atomic。

const

const关键字用于修饰变量，表示其值不能被修改。这是一种重要的安全特性，可以在程序中保护重要的变量不被误修改。

void test() {
    const int x = 0;
    x++; // 编译器会检查到这里，提示错误
    printf("%d\n", x);
}

volatile

volatile关键字用于修饰变量，表示其值可能会在程序执行中被修改。这可以避免编译器在优化代码时将变量缓存优化，从而保证程序的正确性。

void test() {
    volatile int x = 0;
    while(x == 0) {
        // 在程序执行中，x 可能会被修改，编译器不会做任何优化
    }
}

restrict

restrict关键字用于告诉编译器，该指针在其生命周期中不会被任何其他指针所修改。这可以提高程序执行时对指针的访问效率。

void test(int* restrict a, int* restrict b) {
    // restrict 关键字告诉编译器，在 a 的生命周期中，b 不会修改其指向的内存。因此，编译器可以进行更多的优化。
    *a = 0;
    *b = 1;
}

_Atomic

_Atomic关键字被用于声明并发安全的变量或对象。它保证了只有一个线程能够访问这个变量，从而避免了并发问题。

_Atomic int x = 0; // _Atomic 关键字声明 x 是一个并发安全的变量

void test() {
    x++;
    printf("%d\n", x);
}

小结

存储类和类型限定符是C语言中的非常重要的概念，可以帮助程序员更好地控制变量和函数的存储和行为方式。在实际编码过程中，程序员应该根据具体需求灵活使用这些关键字。