C | 存储类和类型限定符 | 问题17

在C语言中，存储类和类型限定符用于控制变量的存储位置和作用域，有助于优化程序性能和防止变量重定义等问题。本文将介绍C语言中常见的存储类和类型限定符以及它们的用法。

存储类

C语言中的存储类主要包括4种：自动变量、静态变量、寄存器变量和外部变量。它们的区别在于存储位置和作用域不同，可以根据需要选择不同的存储类来使用变量。

自动变量

自动变量是在函数内部定义的变量，存储在栈中，作用域仅限于函数内部。当函数执行完毕后，自动变量的值将被销毁，不再占用内存空间。自动变量是默认的存储类别，可以省略关键字auto。

void fun(void){
    auto int a = 5; // 等价于 int a = 5;
    printf("%d", a);
}

静态变量

静态变量是在函数内部或者外部定义的变量，存储在静态存储区域中，作用域仅限于定义该变量的函数或文件中。静态变量可以保留上一次调用的值，直到程序结束。在函数内部，静态变量可以用static关键字来定义。

void fun(void){
    static int b = 0;
    printf("%d", b);
    b++;
}

寄存器变量

寄存器变量是用于存储在寄存器中的变量，提高程序性能。但是，寄存器的数量有限，不一定能为所有变量分配寄存器。在函数内部，寄存器变量可以用register关键字来定义。

void fun(void){
    register int c = 5;
    printf("%d", c);
}

外部变量

外部变量是在函数外部声明的变量，可以在其他函数中使用。外部变量存储在全局存储区域中，作用域和生命周期都是全局的。一般地，在函数外部定义的变量都为外部变量，可以用extern关键字来声明。

// file1.c
int var1 = 5;

// file2.c
extern int var1;
void fun(void){
    printf("%d", var1);
}

类型限定符

类型限定符是用于限定变量类型的关键字，可以提供更为精确的类型定义。常用的类型限定符包括const、volatile、restrict和_Atomic等。

const

const用于声明常量，表示变量的值不能被修改。使用const可以防止意外修改变量值，提高代码的可读性和安全性。

const int MAX_NUM = 100;

volatile

volatile用于声明易变量，表示变量的值可能会随时改变，且使用后不会被优化器优化掉。一般用于多线程和硬件编程。

volatile int counter; // 声明一个易变量
while(counter > 0);

restrict

restrict用于声明指针，在编译器优化时可以用来提升代码效率，减少内存访问次数。使用restrict时需要确保指针所指向的内存区域只被该指针访问。

void fun(int * restrict p, int * restrict q, int * restrict r){
    *p = *q + *r; // 可以优化，因为p、q、r分别指向不同的内存区域
}

_Atomic

_Atomic类型限定符用于声明原子变量，保证在多线程中对变量的操作是唯一的，不会被其他线程干扰。

_Atomic int counter; // 声明一个原子变量

总结

存储类和类型限定符是C语言中的重要概念，可以用于控制变量的作用域和存储位置，提高程序效率和安全性。程序员需要注意选择合适的存储类和类型限定符来使用变量，以提高代码可读性和可维护性。