# C存储类说明符

## 定义

**存储类说明符**`auto`、`register`、`static`、`extern`描述对象的三个不同属性：作用域（名字在哪些代码里可见）、存储期（对象何时创建、何时销毁）、链接（哪些翻译单元能看到这个名字）。

| 存储类        | 用在哪里        | 作用域     | 存储期        | 链接                |
| :--------- | :---------- | :------ | :--------- | :---------------- |
| `auto`     | 块内局部变量，可省略  | 块       | 自动         | 无                 |
| `register` | 块内局部变量      | 块       | 自动         | 无                 |
| `static`   | 块内局部变量      | 块       | 静态（程序全程）   | 无                 |
| `static`   | 文件作用域的变量、函数 | 文件      | 静态         | 内部                |
| `extern`   | 变量、函数的声明    | 由声明位置决定 | 对象通常为静态存储期 | 通常为外部，也可能继承已有内部链接 |

## 性质

### `static`的两种含义

修饰**局部变量**时，`static`只改变存储期，不改变作用域：变量在程序开始时创建、结束时销毁，但名字仍只在块内可见。它只初始化一次，未显式初始化时被置0（自动变量不会）。适合记录跨调用保留的状态，例如计数器、缓存。

修饰**文件作用域的变量或函数**时，`static`改变链接属性：名字只在本翻译单元（`.c`文件）内可见，其他文件即使写了`extern`声明也链接不到。这用来避免多个文件里出现同名函数或全局变量。

### 声明与定义、`extern`

`extern int counter;` 是**声明**：告诉编译器这个名字存在、类型是什么，不分配存储。**定义**才分配存储，写成`int counter = 0;`。一个程序里同一个变量只能有一处定义，但可以有任意多处声明。

```c title="跨文件共享全局变量" showLineNumbers=false
/* counter.h：声明，可被多个文件包含 */
extern int counter;

/* counter.c：唯一的定义 */
int counter = 0;
```

函数声明默认具有外部链接，`extern`可以省略；文件作用域下不带`extern`的变量声明可能是暂定定义；带初始化器的声明也是定义。

### 组织跨文件的声明

1. **在头文件写声明**

   `extern int counter;` 与函数原型放在`counter.h`，声明不分配存储、可以被多次包含。

2. **在一个源文件写定义**

   `counter.c`里写`int counter = 0;`，全程序只此一处分配存储。

3. **其他源文件包含头文件**

   使用方 `#include "counter.h"` 后即可按名字访问，链接阶段把它们连到同一个对象。

### `register`与`auto`

`register`只是建议把变量放在寄存器里，现代编译器自己决定是否采纳。声明为`register`的对象不能使用一元 `&` 取地址；无论编译器实际是否把它放在寄存器中，这一限制都适用。

`auto`是局部变量默认的存储类，写不写都一样，现在几乎不显式写。它和C++ 的`auto`类型推导不是一回事。

## 例子

**`static`局部变量只初始化一次**

```c title="counter.c"
#include <stdio.h>

void tick(void) {
    static int count = 0;   /* 只初始化一次 */
    count++;
    printf("count = %d\n", count);
}

int main(void) {
    tick();   /* 1 */
    tick();   /* 2 */
    tick();   /* 3 */
    return 0;
}
```

去掉`static`后，每次调用都会重新初始化为0，三次输出都是1。这正是“存储期”和“作用域”分开理解的地方：`count`一直存在，但只能在`tick`里按名字访问。

## 交互探索

反复调用函数，比较自动局部变量与静态局部变量的初始化和保留行为。

交互演示：重复调用时，局部变量何时重新初始化？。比较自动变量和静态局部变量在多次调用中的状态。 请在站点操作演示。

## 练习

1. 一个`static`局部变量在程序的一次运行中被初始化 \_\_\_\_\_\_（value） 次。

   答案：1

   静态存储期的对象在程序开始时创建一次，初始化只执行一次，之后跨函数调用保留上一次的值。

2. `static`修饰文件作用域的全局变量时，作用是：

   * A.  让该名字只在当前源文件内可见
   * B.  让变量在函数返回后销毁
   * C.  让变量的值不能被修改
   * D.  让变量在所有源文件中都可见

   答案：A

   文件作用域的`static`给出内部链接，其他翻译单元即使写了`extern`声明也链接不到；它不改变可修改性，也不会让变量提前销毁。

3. `extern int counter;` 这条语句的作用是：

   * A.  声明`counter`在别处定义，此处不分配存储
   * B.  定义`counter`并把它初始化为0
   * C.  定义了一个名为`counter`的宏
   * D.  把`counter`限制为当前文件可见

   答案：A

   带`extern`且没有初始化器的是声明；定义要在某个 `.c`文件中写`int counter = 0;`，全程序只允许一处。