第11周：全局变量、编译预处理和宏、大程序结构

C

11.1.1 全局变量：全局变量

全局变量

• 定义在函数外面的变量是全局变量
• 全局变量具有全局的生存期和作用域
  
  • 它们与任何函数都无关
  • 在任何函数内部都可以使用它们

#include <stdio.h>
int f(void);
int gAll = 12;
int main(int argc, char const *argv[])
{
    printf("in %s gAll=%d\n", __func__, gAll);
    f();
    printf("agn in %s gAll=%d\n", __func__, gAll);
    return 0;
}
int f(void)
{
    printf("in %s gAll=%d\n", __func__, gAll);
    gAll += 2;
    printf("agn in %s gAll=%d\n", __func__, gAll);
    return gAll; 
}
in main gAll=12
in f gAll=12
agn in f gAll=14
agn in main gAll=14

全局变量初始化

• 没有做初始化的全局变量会得到0值
  
  • 指针会得到NULL值
• 只能用编译时刻已知的值来初始化全局变量
• 它们的初始化发生在main函数之前

被隐藏的全局变量

• 如果函数内部存在与全局变量同名的变量，则全局变量被隐藏

11.1.2 全局变量：静态本地变量

静态本地变量

• 在本地变量定义时加上static修饰符就成为静态本地变量
• 当函数离开的时候，静态本地变量会继续存在并保持其值
• 静态本地变量的初始化只会在第一次进入这个函数时做，以后进入函数时会保持上次离开时的值
• 静态本地变量实际上是特殊的全局变量
• 它们位于相同的内存区域
• 静态本地变量具有全局的生存期，函数内的局部作用域
  
  • static在这里的意思是局部作用域（本地可访问）

11.1.3 全局变量：后记

*返回指针的函数

• 返回本地变量的地址是危险的
• 返回全局变量或静态变量的地址是安全的
• 返回在函数内malloc的内存是安全的，但是容易造成问题
• 最好的做法是返回传入的指针

tips

• 不要使用全局变量来在函数间传递参数和结果
• 尽量避免使用全局变量
• *使用全局变量和静态本地变量的函数是线程不安全的

11.2.1 编译预处理和宏：宏定义

编译预处理指令

• #开头的是编译预处理指令
• 它们不是C语言的成分，但是C语言程序离不开它们
• #define用来定义一个宏

define

• #define <名字> <值>
• 注意没有结尾的分号，因为不是C的语句
• 名字必须是一个单词，值可以是各种东西
• 在C语言的编译器开始编译之前，编译预处理程序（cpp）会把程序中的名字换成值
  
  • 完全的文本替换
• gcc --save-temps

宏

• 如果一个宏的值中有其他的宏的名字，也是会被替换的
• 如果一个宏的值超过一行，最后一行之前的行末需要加\
• 宏的值后面出现的注释不会被当作宏的值的一部分

没有值的宏

• #define _DEBUG
• 这类宏是用于条件编译的，后面有其他的编译预处理指令来检查这个宏是否已经被定义过了

预定义的宏

• __ LINE __
• __ FILE __
• __ DATE __
• __ STDC __

11.2.2 编译预处理和宏：带参数的宏

像函数的宏

• #define cube(x)((x) * (x) * (x))
• 宏可以带参数

错误定义的宏

• #define RADTODEG(x) (x*57.29578)
• #define RADTODEG(x) (x)*57.29578

带参数的宏的规则

• 一切都要括号
  
  • 整个值要括号
  • 参数出现的每个地方都要括号
• #define RADTODEG（x）((x)*57.29578)

带参数的宏

• 可以带多个参数
  
  • #define MIN（a,b）((a)>(b)?(b):(a))
• 也可以组合（嵌套）使用其他宏

分号？

#define PRETTY）PRINT（msg）printf(msg);×
 if(n<10)
    PRETTY_PRINT("n is less than 10");×
else
    PRETTY_PRINT("n is at least 10");×

带参数的宏

• 在大型程序的代码中使用非常普遍
• 可以非常复杂，如“产生”函数
  
  • 在#和##这两个运算符的帮助下
• 存在中西方文化差异
• 部分宏会被inline函数替代

11.3.1 大程序文件：多个源代码文件

多个.c文件

• main()里的代码太长了适合分成几个函数
• 一个源代码文件太长了适合分成几个文件
• 两个独立的源代码文件不能编译形成可执行的程序

项目

• 在Dev C++中新建一个项目，然后把几个源代码文件加入进去
• 对于项目，Dev C++的编译会把一个项目中所有的源代码文件都编译后，链接起来
• 有的IDE有分开的编译和构建两个按钮，前者是对单个源代码文件编译，后者是对整个项目做链接

编译单元

• 一个.c文件是一个编译单元
• 编译器每次编译只处理一个编译单元

11.3.2 大程序文件：头文件

头文件

• 把函数原型放到一个头文件（以.h结尾）中，在需要调用这个函数的源代码文件（c.文件）中#include这个头文件，就能让编译器在编译的时候知道函数的原型

" " 还是 < >

• #include 有两种形式来指出要插入的文件
  
  • " " 要求编译器首先在当前目录（.c文件所在的目录）寻找这个文件，如果没有，到编译器指定目录去找
  • < > 让编译器只在指定的目录去找
• 编译器自己知道自己的标准库的头文件在哪里
• 环境变量和编译器命令行参数也可以指定寻找头文件的目录

#include的误区

• #include 不是用来引入库的
• stdio.h里只有printf的原型，printf的代码在另外的地方，某个.lib(Windows)或.a(Unix)中
• 现在的C语言编译器默认会引入所有的标准库
• #include 只是为了让编译器知道printf函数的原型，保证你调用时的参数值是正确的类型

头文件

• 在使用和定义这个函数的地方都应该#include这个头文件
• 一般的做法就是任何的.c都有对应的同名的.h，把所有的对外公开的函数的原型和全局变量的声明都放进去

不对外公开的函数

• 在函数前面加上static就使得它成为只能在所在的编译单元中被使用的函数
• 在全局变量前面加上static就使得它成为只能在所在的编译单元中被使用的全局变量

11.3.3 大程序文件：声明

变量的声明

• int i; 是变量的定义
• extern int i; 是变量的声明

声明和定义

• 声明是不产生代码的东西
  
  • 函数原型
  • 变量声明
  • 结构声明
  • 宏声明
  • 枚举声明
  • 类型声明
  • inline函数
• 定义是产生代码的东西

头文件

• 只有声明可以被放在头文件中
  
  • 是规则不是法律
• 否则会造成一个项目中多个编译单元里有重名的实体
  
  • *某些编译器允许几个编译单元中存在同名的函数，或者用weak修饰符来强调这种存在

重复声明

• 同一个编译单元里，同名的结构不能被重复声明
• 如果你的头文件里有结构的声明，很难这个头文件不会在一个编译单元里被#include多次
• 所以需要“标准头文件结构”

标准头文件结构

#ifndef __LIST_HEAD__
#define __LIST_HEAD__
#include "node.h"
typedef struct _list {
    Node* head;
    Node* tail;
} List;
#endif

• 运用条件编译和宏，保证这个头文件在一个编译单元中只会被#include一次
• #pragma once也能起到相同的作用，但是不是所有的编译器都支持