Язык программирования Си для персонального компьютера

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.

Объявление переменной на внутреннем уровне

Любая из четырех спецификаций класса памяти может быть использована для объявления переменной на внутреннем уровне. Если спецификация класса памяти опущена в объявлении переменной на внутреннем уровне, то подразумевается класс памяти auto. Как правило, ключевое слово auto опускается. Понятия объявления и определения для переменных внутреннего уровня совпадают, если только в объявлении не задана спецификация класса памяти extern.

Спецификация класса памяти auto объявляет переменную с локальным временем жизни. Область действия переменной распространяется на блок, в котором она объявлена, (и на все вложенные в него блоки). Переменные класса памяти auto автоматически не инициализируются, поэтому в случае отсутствия инициализации в объявлении значение переменной класса памяти auto считается неопределенным. Память под переменные класса памяти auto отводится в стеке.

Спецификация класса памяти register требует, чтобы компилятор языка Си выделил переменной память в регистре микропроцессора, если это возможно. Использование регистровой памяти обычно ускоряет доступ к переменной и уменьшает размер выполняемого кода программы. Переменные, объявленные с классом памяти register, имеют ту же самую область действия, что и переменные auto.

Число регистров, которое может быть использовано для хранения переменных, зависит от компьютера и от реализации компилятора языка Си. Если компилятор языка Си обнаруживает спецификацию класса памяти register в объявлении переменной, а свободного регистра не имеется, или переменная данного типа не может быть размещена в регистре, то переменной выделяется память класса auto. В СП MSC регистровая память всегда выделяется переменным в том порядке, в котором они объявляются в исходном файле. В СП TC, при наличии нескольких переменных класса памяти register в одном объявлении, регистровая память будет выделяться переменным в обратном порядке. Так, по объявлению register i, j; первой получит регистровую память переменная j.

В регистровой памяти может быть размещен объект размером не больше, чем тип int. К переменной, размещенной в регистре, нельзя применять операцию адресации. При вызове функций из блока, в котором определены регистровые переменные, содержимое регистров будет сохранено в памяти, а по возвращении в блок восстановлено.

Для каждого рекурсивного входа в блок порождается новый набор переменных класса памяти auto и register. При этом каждый раз производится инициализация переменных, в объявлении которых заданы инициализаторы.

Переменная, объявленная на внутреннем уровне со спецификацией класса памяти static, имеет глобальное время жизни, но ее область действия распространяется только на блок, в котором она объявлена (и на все вложенные блоки). В отличие от переменных класса памяти auto, переменные, объявленные со спецификацией класса памяти static, сохраняют свое значение при выходе из блока. Переменные класса памяти static могут быть инициализированы константным выражением. Если явной инициализации нет, то переменная класса памяти static автоматически инициализируется нулевым значением. Инициализация выполняется один раз во время компиляции и не повторяется при каждом входе в блок. Все рекурсивные вызовы данного блока будут разделять единственный экземпляр переменной класса памяти static.

Переменная, объявленная со спецификацией класса памяти extern, является ссылкой на переменную с тем же самым именем, определенную на внешнем уровне в любом исходном файле программы. Цель внутреннего объявления extern состоит в том, чтобы сделать определение переменной внешнего уровня (как правило, данное в другом исходном файле) доступным именно внутри данного блока. Внутреннее объявление extern не влияет на область действия объявляемой глобальной переменной в любой другой части программы.

Пример:

inl i = 1; /* определение i */

main()

{

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

extern int i;

/* начальное значение а равно нулю; область действия а — функция main */

static int a;

/* b будет (по возможности) помещено в регистр */

register int b = 0;

/* по умолчанию с будет иметь класс памяти auto */

int с = 0;

/* печатаются значения 1, 0, 0, 0*/

printf("%d,%d,%d,%d\n", i, a, b, c);

}

other()

/* локальное переопределение переменной i */

int i = 16;

/* область действия переменной а — функция other */

static int a = 2;

a += 2;

/* печатаются значения 16, 4 */

printf("%d,%d\n", i, a);

}

Переменная i определяется на внешнем уровне с начальным значением 1; В функции main объявление i является ссылкой на определение переменной i внешнего уровня. Эта ссылка необязательна, поскольку и без нее внешняя переменная i доступна во всех функциях данного исходного файла. Переменная а класса памяти static автоматически инициализируется нулевым значением, так как явная инициализация опущена. Определяется переменная b регистрового класса памяти и переменная с класса памяти auto. Вызывается стандартная функция printf, которая печатает значения 1, 0, 0, 0.

В функции other переменная i переопределяется как локальная переменная с начальным значением 16. Это не влияет на значение внешней переменной i, поскольку эти переменные никак не связаны между собой. Переменная а объявляется со спецификацией класса памяти static и начальным значением 2. Она никак не связана с переменной а, объявленной в функции main, так как область действия переменных класса памяти static на внутреннем уровне ограничена блоком, в котором они объявлены. Значение переменной а увеличивается на 2 и становится равным 4. Если бы функция other была вызвана еще раз в той же функции main, то значение а при входе было бы равно 4, а при выходе—6. Внутренние переменные класса памяти static сохраняют свои значения при входе в блок и выходе из блока, в котором они объявлены. Значение переменной а в функции main при этом не изменилось бы.

Инициализация

Переменной в объявлении может быть присвоено начальное значение посредством инициализатора. Записи инициализатора в объявлении предшествует знак равенства

=<инициализатор>

Можно инициализировать переменные любого типа. Функции не инициализируются. Объявления, которые используют спецификацию класса памяти extern, не могут содержать инициализатор.

Переменная, объявленная на внешнем уровне без спецификации класса памяти, может быть инициализирована не более одного раза в каком-либо из исходных файлов, составляющих программу. Если же она явно не инициализирована ни в одном из исходных файлов, то компоновщик инициализирует ее нулевым значением.

Переменная класса памяти static, объявленная как на внешнем, так и на внутреннем уровне, может быть инициализирована константным выражением не более одного раза в исходном файле. Если ее явная инициализация отсутствует, то компилятор языка Си инициализирует ее нулевым значением.

Инициализация переменных класса памяти auto и register выполняется каждый раз при входе в блок (за исключением входа в блок по оператору goto), в котором они объявлены. Если инициализатор опущен в объявлении переменной класса памяти auto или register, то ее начальное значение не определено. Инициализация переменных составных типов (массив, структура, объединение), имеющих класс памяти auto, запрещена в СП MSC, но допускается в СП ТС даже для переменных, объявленных с модификатором const. Переменные составного типа, имеющие класс памяти static, могут быть инициализированы на внутреннем уровне.

Инициализирующими значениями для переменных внешнего уровня, а также переменных класса памяти static внутреннего уровня должно быть константное выражение (см. раздел 4.2.9). Переменные классов памяти auto и register могут быть инициализированы не только константными выражениями, но и выражениями, содержащими переменные и вызовы функций.

Базовые типы и указатели

Синтаксис:

=<выражение>

Значение выражения присваивается переменной. При необходимости выполняются правила преобразования типов.

Примеры:

int х = 10, у = 20; /* пример 1 */

register int *рх = 0; /* пример 2 */

int с = (3*1024); /* пример 3 */

int *b = &x; /* пример 4 */

В первом примере переменная х инициализируется константным выражением 10, переменная у инициализируется константным выражением 20. Во втором примере указатель рх инициализирован нулевым значением. В третьем примере используется константное выражение для инициализации переменной с. В четвертом примере указатель b инициализируется адресом переменной х.

Составные типы

Элементы объектов составных типов инициализируются только константными выражениями.

Инициализация объектов составных типов имеет следующий синтаксис:

= {<список инициализаторов>}

Список инициализаторов представляет собой последовательность инициализаторов, разделенных запятыми. Список инициализаторов заключается в фигурные скобки. Каждый инициализатор в списке представляет собой либо константное выражение, либо, в свою очередь, список инициализаторов. Таким образом, заключенный в фигурные скобки список может появиться внутри другого списка инициализаторов. Эта конструкция используется для инициализации тех элементов объектов составных типов, которые сами имеют составной тип.

Значения константных выражений из каждого списка инициализаторов присваиваются элементам объекта составного типа в порядке их следования.

Для инициализации объединения список инициализаторов должен содержать единственное константное выражение. Значение этого константного выражения присваивается первому элементу объединения. В СП ТС не обязательно заключать это константное выражение в фигурные скобки.

Наличие списка инициализаторов в объявлении массива позволяет не указывать число элементов по его первой размерности. В этом случае количество элементов в списке инициализаторов и определяет число элементов по первой размерности массива. Тем самым определяется размер памяти, необходимой для хранения массива. Число элементов по остальным размерностям массива, кроме первой, указывать обязательно.

Если в списке инициализаторов меньше элементов, чем в объекте составного типа, то оставшиеся элементы объекта неявно инициализируются нулевыми значениями. Если же число инициализаторов больше, чем требуется, то выдается сообщение об ошибке. Эти правила применяются и к каждому вложенному списку инициализаторов.

Пример 1:

int р[4][3] =

{

{1, 1, 1},

{2, 2, 2},

{3, 3, 3,},

{4, 4, 4,},

};

В примере объявляется двумерный массив р, размером 4 строки на 3 столбца, элементы первой строки инициализируются единицами, второй строки — двойками и т. д. Обратите внимание на то, что списки инициализаторов двух последних строк содержат в конце запятую. За последним списком инициализаторов (4,4,4,) также стоит запятая. Эти дополнительные запятые не требуются, но допускаются. Требуются только те запятые, которые разделяют константные выражения и списки инициализаторов. Если список инициализаторов не имеет вложенной структуры, аналогичной структуре объекта составного типа, то элементы списка присваиваются элементам объекта в порядке следования. Поэтому вышеприведенная инициализация эквивалентна следующей:

int p[4][3] = {1, 1, 1, 2, 2, 2, 3, 3, 3, 4, 4, 4};

При инициализации объектов составных типов нужно внимательно следить за правильностью расстановки фигурных скобок в списках инициализаторов. В следующем примере этот вопрос иллюстрируется более детально.

Пример 2.

struct {

int n1, n2, n3;

} nlist[2][3] = {

{{1, 2, 3}, {4, 5, 6}, {7, 8, 9}}), /* строка 1 */

{{10,11,12}, {13,14,15}, {15,16,17}} /* строка 2 */

}

В примере переменная nlist объявляется как двумерный массив структур, состоящий из двух строк и трех столбцов. Каждая структура содержит три элемента. В строке 1 значения присваиваются первой строке массива nlist следующим образом:

1) Первая левая фигурная скобка строки 1 информирует компилятор языка Си о том, что начинается инициализация первой строки массива nlist (т. е. nlist[0]).

2) Вторая левая фигурная скобка означает, что начинается инициализация первого элемента первой строки массива (т. е. nlist[0][0]).

3) Первая правая фигурная скобка сообщает об окончании инициализации структуры nlist[0][0]. Следующая левая фигурная скобка сообщает о начале инициализации второго элемента первой строки nlist[0][1].

4) Процесс инициализации элементов подмассива nlist[0] продолжается до конца строки 1 и заканчивается по последней правой фигурной скобке.

Аналогично, в строке 2 присваиваются значения второй строке массива nlist, т. е. nlist[1].

Следует понимать, что фигурные скобки, охватывающие инициализаторы строки 1 и строки 2, необходимы. Следующая конструкция, в которой внешние фигурные скобки опущены, неверна.

struct {

int n1, n2, nЗ;

} nlist[2][3] = {

{1, 2, 3}, {4, 5, 6), {7, 8, 9),/* строка 1 */

{10,11,12), {13,14,15}, {16,17,18} /* строка 2 */

};

В этом примере по первой левой фигурной скобке в строке 1 начинается инициализация подмассива nlist[0], который является массивом из трех структур. Значения 1, 2, 3 назначаются трем элементам первой структуры (nlist[0][0]). Когда встретится правая фигурная скобка (после значения 3), инициализация подмассива nlist[0] закончится и две оставшиеся структуры — nlist[0][1] и nlist[0][2] — будут по умолчанию инициализированы нулевыми значениями. Аналогично, список {4,5,6} инициализирует первую структуру во второй строке nlist (т. е. nlist[1][0]), а оставшиеся две структуры — nlist[l][l] и nlist[1][2] — по умолчанию инициализируются нулевыми значениями. Когда компилятор языка Си обнаружит следующий список инициализаторов {7,8,9), он попытается инициализировать подмассив nlist[2]. Однако, поскольку nlist содержит только две строки и элемента nlist[2] в нем не существует, будет выдано сообщение об ошибке.

Пример 3.

union {

char m[2][3];