C 語言 static 與 extern

在C中，談到可視範圍（scope）可分為許多層次，也可以談到很複雜，在這邊先談談「全域變數」（Global variable）、「區域變數」（Local variable）與「區塊變數」（Block variable）。

全域變數是指直接宣告在（主）函式之外的變數，這個變數在整個程式之中都「看」得它的存在，而可以呼叫使用，例如：

const double PI = 3.14159; 

doule area(double r) { 
    return r * r * PI; 
}

int main(void) { 
    // ..... 
    return 0; 
} 

在這個例子中，PI這個變數可以被主函式main()與副函式area()來使用，通常全域變數是用來定義一些常數，初學者不應為了方便而將所有的變數都 設定為全域變數，否則將來一定會發生變數名稱管理上的問題，全域變數的生命週期始於程式開始之時，終止於程式結束之時。

區域變數是指宣告在函式之內的變數，或是宣告在參數列之前的變數，它的可視範圍只在宣告它的函式區塊之中，其它的函式不可以使用該變數，例如在上例的主函 式中，您不可以直接對area()函式中的變數r作出存取的動作，區域變數的生命週期開始於函式被呼叫之後，終止於函式執行完畢之時。

區塊變數是指宣告在某個陳述區塊之中的變數，例如while迴圈區塊中，或是for迴圈區塊，例如下面的變數i在迴圈結束之後，就會自動消失：

while(...) {
    int i = 0;    // ....
}

當一可視範圍大的變數與可視範圍小的變數發生同名狀況時，可視範圍小的變數會暫時覆蓋可視範圍大的變數，稱之為「變數覆蓋」，例如： 

int num = 10;
int i;for(i = 0; i < 100; i++)  {
    int num = 20;    // ...
}
printf("%d", num);

這個程式最後顯示的 num 值仍是10，當執行迴圈時，迴圈內的 num 變數作用將覆蓋迴圈外的 num 變數；同樣的作用發生於全域變數與區域變數發生同名的時候。

再來介紹static變數，當變數有宣告時加上static限定時，一但變數生成，它就會一直存在記憶體之中，即使函式執行完畢，變數也不會消失，例如： 

#include <stdio.h>

void count(void);

int main(void) {
    int i;
    for(i = 0; i < 10; i++) {
        count();     
    }

    return 0;
}

void count(void) { 
    static int c = 1; 
    printf("%d\n", c); 
    c++; 
}

執行結果：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

雖然變數c是在count()函式中宣告的，但是函式結束後，變數仍然存在，它會直到程式執行結束時才消失，雖然變數一直存在，但由於它是被宣告在函式之 中，所以函式之外仍無法存取static變數。

您可以宣告全域static變數，其在程式執行期間一直存在，但在一個原始程式文件中宣告全域static變數，還表示其可以存取的範圍僅限於該原始程式文件之中，您也可以將函式宣告為static：

static void some() {
    ...
}

一個static函式表示，其可以呼叫的範圍限於該原始碼文件之中，如果您有一些函式僅想在該原始程式文件之中使用，則可以宣告為static，這也可以避免與其他人寫的函式名稱衝突的問題。
extern可以聲明變數會在其它的位置被定義，這個位置可能是在同一份文件之中，或是在其它文件之中，例如： 

• some.c

double someVar = 1000;
// 其它定義 ...

• main.c

#include <stdio.h>

int main(void) {
    extern double someVar;
    
    printf("%f\n", someVar);
    
    return 0;
}

在main.c中實際上並沒有宣告someVar，extern指出someVar是在其它位置被定義，編譯器會試圖在其它位置或文件中找出 someVar的定義，結果在some.c中找到，因而會顯示結果為1000，要注意的是，extern聲明someVar在其它位置被定義，如果您 在使用extern時同時指定其值，則視為在該位置定義變數，結果就引發重覆定義錯誤，例如：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    extern double someVar = 100; // error, `someVar' has both `extern' and initializer    
    ...
    return 0;
}

您必須先聲明extern找到變數，再重新指定其值，這麼使用才是正確的：

#include <stdio.h>

int main(void) {
    extern double someVar;
    someVar = 100;
    ...
    return 0;
}