C语言中的作用域、链接、存储期的概念

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1. 作用域

C 程序中出现的每个标识符都仅在一些可能不连续的部分可见（即可使用），这些部分被称为其作用域。作用域描述程序中可访问标识符的区域。

C 拥有四种作用域：

块作用域
函数作用域
函数原型作用域
文件作用域

1.1. 块作用域

任何在复合语句，包含函数体或出现于 if 、 switch 、 for 、 while 或 do-while 语句中的任何表达式、声明或语句 (C99 起)，或在函数定义内的参数列表中声明的标识符的作用域，在声明点开始，在声明于其中的块或语句的结尾结束。

1.2. 函数作用域

声明于函数内部的标号（且只有标号），在该函数中的所有位置（所有嵌套块中，其自身声明前后）都在作用域内。注意：任何语句前的冒号字符前的标识符，若不用于其他用途，则隐式声明一个标号。

void f()
{
   {   
       goto label; // label 在作用域中，尽管之后才声明
label:;
   }
   goto label; // 标号忽略块作用域
}
 
void g()
{
    goto label; // 错误： g() 中 label 不在作用域中
}

1.3. 函数原型作用域

非函数定义的函数声明的参数列表中引入的名称的作用域，在函数声明器的结尾结束。

int f(int n,
      int a[n]); // n 在作用域中并指代第一参数

1.4. 文件作用域

在任何块或参数列表外声明的任何标识符的作用域，在声明点开始，翻译单元尾结束。

int i; // i 的作用域开始
static int g(int a) { return a; } // g 的作用域开始（注意 "a" 拥有块作用域）
int main(void)
{
    i = g(2); // i 和 g 在作用域中
}

1.5. 嵌套作用域

若相同标识符所命名的二个不同实体在同一时刻都在作用域中，且它们属于同一命名空间，则作用域被嵌套（不允许其他形式的作用域重叠），而内层作用域中的声明隐藏外层作用域中的声明：

// 此处的命名空间为通常标识符。
 
int a;   // 名称 a 的文件作用域始于此
 
void f(void)
{
    int a = 1; // 名称 a 的块作用域始于此；隐藏文件作用域的 a
    {
      int a = 2;         // 内层 a 的作用域始于此，隐藏外层 a 
      printf("%d\n", a); // 内层 a 在作用域中，打印 2
    }                    // 内层 a 的块作用域终于此
    printf("%d\n", a);   // 外层 a 在作用域中，打印 1
}                        // 外层 a 的作用域终于此
 
void g(int a);   // 名称 a 拥有函数原型作用域；隐藏文件作用域的 a

注意，若声明中有多个或嵌套声明器，则作用域在最近的外围函数声明器的结尾结束：

void f ( // 函数名 'f' 在文件作用域
 long double f,            // 标识符 'f' 现在在作用域中，隐藏文件作用域的 'f'
 char (**a)[10 * sizeof f] // 'f' 指代第一参数，它在作用域中
);
 
enum{ n = 3 };
int (*(*g)(int n))[n]; // 函数参数 'n' 的作用域在其函数声明器的结尾结束
                       // 数组声明器中，全局 n 在作用域
// （这声明指向返回 3 个 int 的数组的指针的函数的指针）

1.6. 声明点

结构体、联合体及枚举标签的作用域，在声明该标签的类型指定符中的标签出现后立即开始。

struct Node {
   struct Node* next; // Node 在作用域中并指代此 struct
};

枚举常量的作用域，在枚举项列表中其定义枚举项的出现后立即开始。

enum { x = 12 };
{
    enum { x = x + 1, // 新 x 在逗号前不在作用域中，初始化 x 为 13
           y = x + 1  // 新枚举项 x 现在在作用域中，初始化 y 为 14
         };
}

任何其他标识符的作用域，正好在其声明器结束后和初始化器前开始，若存在初始化器：

int x = 2; // 第一个 'x' 的作用域开始
{
    int x[x]; // 新声明的 x 的作用域在声明器 （ x[x] ）后开始。
              // 在声明器内，外层 'x' 仍在作用域中。
              // 这声明 2 个 int 的 VLA 数组。
}
 
unsigned char y = 32; // 外层 'y' 的作用域开始
{
    unsigned char y = y;
            // 内层 'y' 的作用域在初始化器（ = y ）前开始
            // 这不会以值 32 初始化内层 'y' ，
            // 这以其自身的不确定值初始化内层 'y'
}
 
unsigned long factorial(unsigned long n)
// 声明器结束， 'factorial' 从此点开始在作用域中
{
   return n < 2 ? 1 : n * factorial(n - 1); // 递归调用
}

2. 链接

链接指的是在其他作用域指代一个标识符（具名对象或函数）的能力。若在数个作用域中声明有同一标识符的对象或函数，但不能从所有这些作用域指代它们，则会创建数个对象的实例。

C 变量具有3种链接属性：

外部链接
内部链接
无链接

2.1. 无链接

只能从其所在的作用域指代该标识符。

所有函数参数
所有非 extern 的块作用域对象（包含声明为 static 者）

2.2. 内部链接

能从当前翻译单元的所有作用域指代该标识符。在一个翻译单元内，带内部链接的标识符的每个实例均表示相同的标识符或函数。内部链接的标识符对于翻译单元是唯一的。

所有 static 文件作用域标识符（函数和对象）

2.3. 外部链接

能从整个程序的任何其他翻译单元指代该标识符。具有外部链接的标识符的名称指定相同的函数或数据对象，这与具有外部连接的相同名称的任何其他声明一样。这两个声明可以在同一个翻译单元中，也可以在不同的翻译单元中。如果该对象或函数还具有全局生存期，则该对象或函数由整个程序共享。

所有非 static 函数
所有 extern 对象（除非之前声明为 static ）
所有文件作用域的非 static 对象拥有此链接。

若同一标识符在同一翻译单元中一同带内部和外部链接出现，则行为未定义。这在使用试探性定义时有可能。

3. 存储期

每个对象都有称为存储期的属性，它限制对象的生存期。 C 中有四种存储期：

自动存储期。
静态存储期。
线程存储期。
分配存储期。

3.1. 自动存储期

如果对象具有自动存储期，那么它存在于，程序进入定义这些变量的块到退出这个块。进入声明对象于其中的块时分配其存储，而在以任何方式（ goto 、 return 、抵达结尾）退出该块时解分配存储。

一个例外是 VLA ；在执行声明时而非块入口分配其存储，并在声明离开作用域而非退出块时解分配存储。 (C99 起)若递归地进入块，则对每个递归层进行新的分配。

以下变量具有自动存储期：

非 static 块作用域对象
所有函数参数
用于块作用域的复合字面量

3.2. 静态存储期

如果对象具有静态存储期，那么它在程序执行期间一直存在。存储期是整个程序的执行过程，只在 main 函数之前初始化一次存储于对象的值。

以下变量具有静态存储期：

所有声明为 static 对象
所有带内部或外部链接且不声明为 _Thread_local (C11 起)的对象都拥有此存储期。

3.3. 线程存储期

存储期是创建对象的线程的整个执行过程，在启动线程时初始化存储于对象的值。每个线程拥有其自身的相异对象。若执行访问此对象的表达式的线程，不是执行其初始化的线程，则行为是实现定义的。