关键字static、extern、volatile、详解及举例

一、预备知识

1、 什么是局部变量？什么是全局变量？

　         所谓局部变量，就是指在函数内部定义的变量的，只在该函数范围内有效。

全局变量是指，在函数外部定义的变量为外部变量，即全局变量。它的有效范围是从定义变量的位置开始，到此源文件（如.c文件）结束的位置。这个变量在同一个工程中的其他源文件是没有起作用的。

2、变量的存储方式

从上面的分类中可以看出，从变量的作用域角度可以分为 局部变量和全局变量。其实，从变量的存在的时长来看，可以分为静态存储方式和动态存储方式。

那么，什么是静态存储方式？什么是动态存储方式呢？

　　　静态存储方式就是在程序运行的时候，由系统分配的，固定的存储空间的方式。比如，有的变量在程序运行的整个过程都是一直存在的，就是静态存储方式。

动态存储方式就是在程序运行时候，根据需要进行，动态分配存储空间的方式。比如，调用某个函数的时候，函数内的变量先是临时分配存储空间，然后调用结束后，再释放掉该部分的空间。函数的形参，函数中定义的局部变量，都是动态存储方式

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二、关键字的含义到底是啥意思？

1 、Static是什么意思？

我们说过，局部变量在使用完之后，它的存储空间会被释放掉。如果我们不想将这些变量释放，而继续保留它的值，应该怎么办呢？这就应该使用static关键字进行声明。把这个局部变量指定为 “静态局部变量”。那么，下一次再次调用含有该变量的函数的时候，上一次调用的结果就会保留。因为它的存储空间一直没有变动过。

举个栗子，

 1 #include<stdio.h>
 2 int main()
 3 {
 4     int add(int a);//声明一个加法函数
 5     int a = 2, i;
 6     for (i = 0; i < 3; i++)
 7     {
 8         printf("%d\n", add(a)); //输出add(a)的值
 9     }
10 }
11
12 //add函数的定义
13 int add(int a)
14 {
15     int b = 0;
16     static c = 3;
17     b = b + 1; 
       c = c + 1;
18     return (a + b + c);
19 }    

　　不急，不用慌，我们来简单分析这个程序。

首先，主函数第一次调用了add函数，进入子函数，子函数中返回一个a+b+c即 2+1+4=7; 所以输出结果为7；

然后第二次再次调用add函数，如果没有static 关键字声明变量c， 那么依然执行2+1+4=7;但是，加上static之后，c的值不是初始时候的3,而是上一次执行c=c+1，之后改变成了4。第二次调用时候，c的值一开始已经变成了4，执行c=c+1后，变为5! 这就是static的魅力！所以，第二次执行结果为2+1+5=8；

同理，第三次调用add函数时候，c的值一开始已经变成了5，执行c=c+1后，变为6，输出结果为9；

故运行的结果为：

注：虽然静态局部变量在函数调用结束后，依然存在，但是其他函数是不能引用它的。因为它是局部变量，只能被本身的函数使用。

上面讲述的局部变量增加Static 的情行，我也见过全局变量的前面也加上static的声明，这又是什么意思呢？

有时候，在程序设计中，希望外部变量只限制在本文件中，不想让其他文件引用。那么可以在外部变量的定义处增加一个static声明；

如

 file1.c

 static int M;  //在外部变量加上static 声明；
 int main()
 {
   .......

 }

这种变量，叫做静态外部变量。

2、extern 是啥意思？

　　前文提到，全局变量的作用范围，是指，从定义该变量的位置到该源文件结束的地方。但是呢，有的时候，我们想要扩大全局变量的范围，就需要使用extern关键字了。

全局变量的作用范围已经这么光了，还需要扩大？有以下几种情况是需要扩大的。

（1）在定义处之前的地方，是不能使用该外部变量的。可以用extern 声明一下；

（2）将外部变量的作用范围拓展到其他文件；

一个C程序是由很多给c源文件组成的，如果别的源文件也想共用这个变量（跨文件使用），那么，也需要用extern 声明；

举个栗子

在file1 文件中 写入下面内容：

 #include<stdio.h>
int A;          //定义一个全局变量
int main()
{
    int add(int);           //函数声明；
    int b = 3, c=4, d,n ;
    printf("enter the number A :\n");
    scanf("%d,", &A);                //输入A的值
    d = A * b;
    printf("%d *%d=%d\n", A, b, d);  //输出 A*b 

    n = add(c);

    printf("%d +%d=%d\n", A, c, n);

}

在file2 文件中写入下面代码：

1 extern A;
2 int add(int n)  //定义add函数；
3 {
4     return (A + n);
5 }

　　我们再来分析一下，首先main 函数中，计算了A*b的值，即A*3 ;假设A 输入5，那么第一个结果为 15；

后来执行了add 函数，计算了A+c的值，即 A+4 ;假设A 输入5，那么第二个结果为 9；

我们来看看是不是

注意：假设某个程序包括了5个源文件，在一个文件中定义了全局变量A,其他4个文件要想引用A,必须在每一个文件中都加上“extern A;”声明；

3、volatile 是啥意思？

先介绍一下cpu处理数据的过程，cpu从内存中读取到数据，然后放到cpu本身的寄存器中，然后经过计算使用，得到最终的结果值，再把结果写入的内存中。

volatile提醒编译器它后面所定义的变量随时都有可能改变，是不稳定的，易变化的。如果没有volatile关键字，则编译器可能优化读取和存储，可能暂时使用寄存器中的值，如果这个变量由别的程序更新了的话，将出现不一致的现象。

因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，都会直接从内存中读取数据。

举个栗子，

static int flag;

void  add(void) 
{
    flag = 0;

    while (flag != 5);

}

　　上面这段代码,我们定义了flag 这个变量，设置它的值为0，然后while()进行无限循环，我们可以看到，如果只有这个程序，flag 的值不会变成5，永远都是0，那么编译器就会“擅作主张”地把它优化为如下：

void add_optimized(void) {
    flag = 0;

    while (true);

}

　　但是，flag 可能指向一个随时能被计算机其他部分修改的地址，比如硬件的寄存器。那么，被优化的代码就永远检测不到这样的修改变化，为了阻止编译器像上面那样优化代码，需要使用volatile关键字：

static volatile int flag;

这样修改以后,循环条件就不会被编译器优化掉，当值改变的时候系统将会检测到。