Объявление переменной на внешнем уровне

Классы памяти

Спецификация класса памяти переменной определяет, какое время жизни она имеет (глобальное или локальное), и влияет на область действия переменной. Объект с глобальным временем жизни существует и имеет значение на протяжении всего времени выполнения программы. Все функции имеют глобальное время жизни.

Переменной с локальным временем жизни выделяется новая ячейка памяти каждый раз, когда управление передается блоку, в котором она определена. Когда управление возвращается из блока, переменная теряет свое значение.

В языке Си имеется четыре спецификации класса памяти:

auto

register

static

extern

Область действия функций, объявленных со спецификацией класса памяти extern, распространяется на все исходные файлы, которые составляют программу; следовательно, такие функции могут быть вызваны из любой функции в любом исходном файле программы.

Переменные классов памяти auto и register имеют локальное время жизни. Спецификации static и extern определяют объекты с глобальным временем жизни.

В совокупности с местоположением объявления объекта спецификация класса памяти определяет область действия переменной или функции. Термин "область действия" определяет часть программы, в которой к функции или переменной возможен доступ. Например, переменная с глобальным временем жизни существует в течение всего времени выполнения исходной программы, но она может быть доступна не во всех частях программы. Область действия и связанное с ней понятие времени жизни рассмотрены в разделе 2.4.

Объявления, расположенные вне тел всех функций, относятся к внешнему уровню, а объявления внутри тел функций относятся к внутреннему уровню. Особый случай представляют объявления формальных параметров функции. В последующих разделах описывается смысл спецификаций класса памяти для каждого варианта объявления, а также поясняются правила умолчания в случае отсутствия в объявлении спецификации класса памяти.

Функции могут быть объявлены со спецификацией класса памяти static или extern либо вообще без спецификации класса памяти. Функции всегда имеют глобальное время жизни.

Объявления функций, в которых опущена спецификация класса памяти, аналогичны объявлениям со спецификацией класса памяти extern.

Если в объявлении функции специфицирован класс памяти static, то и в ее определении должен быть также указан класс памяти static (это требование не является обязательным для СП ТС).

Объявление функции на внутреннем уровне по смыслу эквивалентно объявлению внешнего уровня, т. е. область действия функции распространяется не до конца блока, а до конца файла.

Область действия функций для различных спецификаций класса памяти рассмотрена подробно в разделе 2.4 "Время жизни и область действия".

Объявления переменной на внешнем уровне используют спецификации класса памяти static и extern или вообще опускают их. Спецификации класса памяти auto и register не допускаются на внешнем уровне.

Объявления переменных на внешнем уровне—это либо определения переменных, либо объявления, т.е. ссылки на определения, сделанные в другом месте.

Определение внешней переменной—это объявление, которое вызывает выделение памяти для этой переменной и инициализирует ее (явно или неявно). Определение на внешнем уровне может задаваться в следующих различных формах:

1) Переменная может быть определена путем ее объявления со спецификацией класса памяти static. Такая переменная может быть явно инициализирована константным выражением. Если инициализатор отсутствует, то переменная автоматически инициализируется нулевым значением во время компиляции. Таким образом, каждое из объявлений:

static int k = 16;

и

static int k;

рассматривается как определение.

2) Переменная может быть определена, если спецификация класса памяти в ее объявлении опущена, и переменная явно инициализируется, например,

int j = 3;

Область действия переменной, определенной на внешнем уровне, распространяется от точки, где она определена, до конца исходного файла. Переменная недоступна выше своего определения в том же самом исходном файле. На другие исходные файлы программы область действия переменной распространяется лишь в том случае, если ее определение не содержит спецификации класса памяти static и если в других исходных файлах имеется ее объявление.

Если в объявлении переменной задана спецификация класса памяти static, то в других исходных файлах могут быть определены другие переменные с тем же именем и любым классом памяти. Эти переменные никак не будут связаны между собой, поскольку каждое определение static доступно только в пределах своего исходного файла.

Спецификация класса памяти extern используется для объявления переменной, определенной где-то в другом месте программы. Такие объявления используются в случае, когда нужно распространить на данный исходный файл область действия переменной, определенной в другом исходном файле, либо сделать переменную доступной в том же исходном файле выше ее определения. Область действия переменной распространяется от места объявления до конца исходного файла.

В объявлениях, которые используют спецификацию класса памяти extern, инициализация не допускается, так как они ссылаются на переменные, значения которых определены в другом месте.

Каждая переменная внешнего уровня обязательно должна быть определена один и только один раз в каком-либо из исходных файлов, составляющих программу.

Существует одно исключение из правил, описанных выше. Можно опустить в объявлении переменной на внешнем уровне и спецификацию класса памяти, и инициализатор. Например, объявление int n; будет вполне корректным внешним объявлением. Это объявление имеет различный смысл в зависимости от контекста:

1) Если в каком-то другом исходном файле программы (возможно, в другом исходном файле) есть определение на внешнем уровне переменной с таким же именем, то данное объявление является ссылкой на это определение. В этом случае объявление аналогично объявлению со спецификацией класса памяти extern.

2) Если же такого определения переменной в программе нет, то данное объявление само считается определением переменной. На этапе компоновки программы переменной выделяется память, которая инициализируется нулевым значением. Если в программе имеется более одного объявления переменной с одним и тем же именем, то размер выделяемой памяти будет равен размеру наиболее длинного типа среди всех объявлений этой переменной. Например, если программа содержит два неинициализированных объявления переменной i на внешнем уровне int i; и char i;, то память будет выделена под переменную i типа int.

Примечание. В описании языка Си, данном его разработчиками в [1], отсутствовала ясная трактовка понятий объявления и определения глобальной переменной. Это привело к тому, что различные компиляторы языка Си используют различные схемы разбора подобных ситуаций. Схема разбора, описанная в данном разделе, рассматривает глобальную переменную как общий блок, разделяемый несколькими исходными файлами. Глобальная переменная фактически представляет собой единую область памяти, которая разделяется несколькими исходными файлами, причем в каждом из них переменная может иметь различный тип.

Рекомендуется всегда инициализировать объявления переменных на внешнем уровне в файлах, которые предназначены для помещения в библиотеку. Это повышают вероятность выявления случаев нежелательного совпадения имен внешних переменных в библиотечном файле и пользовательской программе. Если переменная в программе пользователя также инициализирована, то компоновщик обнаружит два инициализированных объявления одной и той же глобальной переменной и сообщит об ошибке.

Возможно наличие в одном исходном файле на внешнем уровне нескольких объявлений переменной с одним и тем же именем. Следующая таблица позволяет определить реакцию компилятора языка Си в различных ситуациях изменения спецификации класса памяти в объявлении. Слово "пусто" в таблице означает ситуацию отсутствия спецификации класса памяти. Очевидно, что компилятор СП MSC строже ограничивает возможность переопределения класса памяти переменной.

Класс 1	Класс 2	СП TC	СП MSC
extern	static	static	static
static	пусто	static	ошибка
static	extern	static	static
пусто	static	static	ошибка

Пример: /* ИСХОДНЫЙ ФАЙЛ 1 */

/* объявление i, ссылающееся на данное ниже определение i */

extern int i;

main()

{

i = i + 1;

printf("%d\n", i); /* значение i равно 4 */

next();

}

int i = 3; /* определение i */

next()

{

printf("%d\n", i); /* значение i равно 5 */

other());

}

/* ИСХОДНЫЙ ФАЙЛ 2 */

/* объявление i, ссылающееся на определение i в первом исходном файле */

extern int i;

other()

{

i = i + 1;

printf("%d\n", i); /* значение i равно 6 */

}

Два исходных файла в совокупности содержат три внешних объявления i. Только в одном объявлении содержится инициализация:

int i = 3; — глобальная переменная i определена с начальным значением 3.

Самое первое объявление extern в первом исходном файле делает глобальную переменную i доступной прежде ее определения в файле. Без этого объявления функция main не могла бы использовать глобальную переменную i. Объявление переменной i во втором исходном файле делает глобальную переменную i доступной во втором исходном файле.

Все три функции выполняют одно и то же действие: увеличивают i на 1 и печатают полученное значение. Значения распечатываются с помощью стандартной библиотечной функции printf. Печатаются значения 4, 5 и 6.

Если бы переменная i не была инициализирована ни в одном из объявлений, она была оы неявно инициализирована нулевым значением при компоновке. В этом случае программа напечатала бы значения 1, 2 и 3.

Дата добавления: 2014-11-16