КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: auto, extern, static, register.

     Одно из достоинств языка Си состоит в том, что он позволяет управлять ключевыми механизмами программы. Классы памяти языка Си - пример такого управления; они дают возможность определить, с какими функциями связаны какие переменные и как долго переменная сохраняется в программе. Классы памяти - первая тема данной главы.

     Программирование, точно так же как написание романа (или даже письма),- это не просто знание языковых правил - это нечто большее. В данной главе мы рассмотрим несколько полезных функций. При этом попытаемся привести некоторые соображения, используемые при конструировании функций. В частности, сделаем упор на значение модульного подхода, разбивающего программы на выполнимые задачи. Сначала, однако, обсудим классы памяти.

КЛАССЫ ПАМЯТИ И ОБЛАСТЬ ДЕЙСТВИЯ.

     Мы уже упоминали раньше, что локальные переменные известны только функциям, содержащим их. В языке Си предполагается также, что о глобальных переменных "знают" сразу несколько функций. Предположим, например, что и main( ), и critic( ) имеют доступ к переменной units. Это будет иметь место, если отнести units к "внешнему" классу памяти, как показано ниже:

/* глобальная переменная units */

Int units;  /* внешняя переменная */

Main( ).

{

Extern int units;

Printf (" Сколько фунтов масла находится в бочонке?\n");

Scanf (" %d" , &units);

While (units != 56) critic( );

Printf(" Вы должны поискать в справочнике !\n");

} critic( ).

{

Extern int units;

Printf (" He повезло, дружок. Попытайся снова.\n");

Scanf (" %d" , &units);

}

Вот полученный результат:

Сколько фунтов масла находится в бочонке?

14.

Не повезло, дружок. Попытайся снова.

56.

Вы должны поискать в справочнике!

(Мы сделали это.).

Обратите внимание, что второе значение units было прочитано функцией critic( ), однако main() также "узнала" это новое значение, когда оно вышло из цикла while.

     Мы сделали переменную units внешней, описав ее вне любого определения функции. Далее, внутри функций, использующих эту переменную, мы объявляем ее внешней при помощи ключевого слова extern, предшествующего спецификации типа переменной. Слово extern предлагает компьютеру искать определение этой переменной вне функции. Если бы мы опустили ключевое слово extern в функции critic( ), то компилятор создал бы в функции critic новую переменную и тоже назвал бы ее units. Тогда другая переменная units() [которая находится в main()] никогда не получила бы нового значения.

     Каждая переменная, как мы знаем, имеет тип. Кроме того, каждая переменная принадлежит к некоторому классу памяти. Есть четыре ключевых слова, используемые для описания классов памяти: extern (для внешнего), auto (для автоматического), static и register. До сих пор мы не обращали внимание на классы памяти, так как переменные, описанные внутри функции, считались относящимися к классу auto, если они не описывались иначе (по умолчанию они относились к классу auto).

     Определение класса памяти переменной зависит от того, где переменная описана и какое ключевое слово (если оно есть) используется.

     Класс памяти позволяет установить два факта. Во-первых, определить, какие функции имеют доступ к переменной. (Пределы, до которых переменная доступна, характеризуют ее "область действия".) Во-вторых, определить, как долго переменная находится в памяти. Теперь перейдем к свойствам каждого типа.

Автоматические переменные.

     По умолчанию переменные, описанные внутри функции, являются автоматическими. Можно, однако, это подчеркнуть явно с помощью ключевого слова auto:

Main( ).

{

Auto int plox;

Так поступают, если хотят, например, показать, что определение переменной не нужно искать вне функции.

     Автоматические переменные имеют локальную область действия. Только функция, в которой переменная определена, "знает" ее. (Конечно, можно использовать аргументы для связи значения и адреса переменной с другой функцией, однако это частичное и косвенное "знание".) Другие функции могут использовать переменные с тем же самым именем, но это должны быть независимые переменные, находящиеся в разных ячейках памяти.

     Автоматическая переменная начинает существовать при вызове функции, содержащей ее. Когда функция завершает свою работу и возвращает управление туда, откуда ее вызвали, автоматическая переменная исчезает. Ячейка памяти может снова использоваться для чего-нибудь другого.

     Следует еще сказать об области действия автоматической переменной: область действия ограничена блоком ({ }), в котором переменная описана. Мы всегда должны описывать наши переменные в начале тела функции (блока), так что областью действия их является вся функция. Однако в принципе можно было бы описать переменную внутри подблока. Тогда переменная будет известна только в этой части функции. Обычно при создании программы, программисты редко принимают во внимание упомянутое свойство. Но иногда торопливые программисты пользуются такой возможностью, особенно когда пытаются быстрее внести коррективы.

Внешние переменные.

    Переменная, описанная вне функции, является внешней. Внешнюю переменную можно также описать в функции, которая использует ее, при помощи ключевого слова extern. Описания могут выглядеть примерно так:

Int errupt;   /* Три переменные, описанные вне функции */

Char coal;

Double up;

Main( ).

{

Extern int errupt;  /* объявлено, что 3 переменные */

Extern char coal; /* являются внешними */

Extern double up;

Группу extern-описаний можно совсем опустить, если исходные определения переменных появляются в том же файле и перед функцией, которая их использует. Включение ключевого слова extern позволяет функции использовать внешнюю переменную, даже если она определяется позже в этом или другом файле. (Оба файла, конечно, должны быть скомпилированы, связаны или собраны в одно и то же время.).

     Если слово extern не включено в описание внутри функции, то под этим именем создается новая автоматическая переменная. Вы можете пометить вторую переменную как "автоматическую" с помощью слова auto и тем самым показать, что это ваше намерение, а не оплошность. Три примера демонстрируют четыре возможных комбинация описаний:

/* Пример1 */

Int hocus;

Main( ) {

Extern int hocus; /* hocus описана внешней */

...

}

Magic( ) {

Extern int hocus;

...

}

Здесь есть одна внешняя переменная hocus, и она известна обеим функциям main( ) и magic( ).

/* Пример2 */

Int hocus ;

Main( ).

{

Extern int hocus;   /* hocus описана внешней */

...

}

Magic( ).

{

/* hocus не описана совсем */

...

}

Снова есть одна внешняя переменная hocus, известная обеим функциям. На этот раз она известна функцииmаgiс( ) по умолчанию.

/* Пример3 */

Int hocus;

Main( ).

{

Int hocus;   /* hocus описана и.

        является автоматической по умолчанию */

...

}

Magic( ).

 {

Auto int hocus; /* hocus описана автоматической */

...

}

В этом примере созданы три разные переменные с одинаковым именем. Переменная hocusв функции main( )является автоматической по умолчанию и локальной для main( ), в функции magic( )она явно описана автоматической и известна только для magic( ). Внешняя переменная hocus неизвестна ни main( ), ни magic( ), но обычно известна любой другой функции в файле, которая не имеет своей собственной локальной переменной hocus.

     Эти примеры иллюстрируют область действия внешних переменных. Они существуют, пока работает программа, и так как эти переменные доступны любой функции, они не исчезнут, если какая-нибудь одна функция закончит свою работу.

Статические переменные.

     Название раздела не следует понимать буквально, т. е. считать, что такие переменные не могут изменяться. В действительности слово "статические" здесь означает, что переменные остаются в работе. Они имеют такую же область действия, как автоматические переменные, но они не исчезают, когда содержащая их функция закончит свою работу. Компилятор хранит их значения от одного вызова функции до другого. Следующий пример иллюстрирует это и показывает, как описать статическую переменную.

/* статическая переменная */

Main( ).

{

Int count;

For (count = 1; count <= 3; count++).

{

Printf(" Итерация %d:\n", count);

Trystat( );

}

}

Trystat( ).

{

Int fade = 1;

Static int stay; = 1;

Printf("fade = %d и stay = %d\n", fade++, stay++);

}

Заметим, что функция trystat( ) увеличивает каждую переменную после печати ее значения. Работа этой программы даст следующие результаты:

Итерация 1:

Fade = 1 и staly = 1.

Итерация 2:

Fade = 1 и stay = 2.

Итерация 3:

Fade = 1 и stay = 3.

Статическая переменная stay"помнит", что ее значение было увеличено на 1, в то время как для переменной fade начальное значение устанавливается каждый раз заново. Это указывает на разницу в инициализации: fade инициализируется каждый раз, когда вызывается trystat( ), в то время как stay инициализируется только один раз при компиляции функции trystat( ).

Внешние статические переменные.

     Вы можете также описать статические переменные вне любой функции. Это создаст "внешнюю статическую" переменную. Разница между внешней переменной и внешней статической переменной заключается в области их действия. Обычная внешняя переменная может использоваться функциями в любом файле, в то время как внешняя статическая переменная может использоваться только функциями того же самого файла, причем после определения переменной. Вы описываете внешнюю статическую переменную, располагая ее определение вне любой функции.

Static randx = 1;

Rand( ).

{

Немного позже мы приведем пример, в котором будет необходим этот тип переменной.

 

РИС. 10.1. Внешние и внешние статические переменные.

Регистровые переменные.

     Обычно переменные хранятся в памяти машины. К счастью, регистровые переменные запоминаются в регистрах центрального процессора, где доступ к ним и работа с ними выполняются гораздо быстрее, чем в памяти. В остальном регистровые переменные аналогичны автоматическим переменным. Они создаются следующим образом:

Main( ).

{

Register int quick;

Мы сказали "к счастью", потому что описание переменной как регистровой, является скорее просьбой, чем обычным делом. Компилятор должен сравнить ваши требования с количеством доступных регистров, поэтому вы можете и не получить то, что хотите. В этом случае переменная становится простой автоматической переменной.

Какой класс памяти применять?

     Ответ на вопрос почти всегда один - "автоматический". В конце концов почему этот класс памяти выбран по умолчанию? Мы знаем, что на первый взгляд использование внешних переменных очень соблазнительно. Опишите все ваши переменные как внешние, и у вас никогда не будет забот при использовании аргументов и указателей для связи между функциями в прямом и обратном направлениях. К сожалению, у вас возникнет проблема с функцией С, коварно изменяющей переменные в функции А, а это совсем не входит в паши интересы. Неоспоримый совокупный опыт использования машин, накопленный в течение многих лет, свидетельствует о том, что такая проблема значительно перевешивает кажущуюся привлекательность широкого использования внешних переменных.

     Одно из золотых правил защитного программирования заключается в соблюдении принципа "необходимо знать только то, что нужно". Организуйте работу каждой функции автономно, насколько это возможно, и используйте глобальные переменные только тогда, когда это действительно необходимо.

     Иногда полезны и другие классы памяти. Но прежде чем их использовать, спросите себя, необходимо ли это.

Резюме: Классы памяти.

I. Ключевые слова: auto, extern, static, register.

II. Общие замечания:

     Класс памяти определяет область действия переменной и продолжительность ее существования в памяти. Класс памяти устанавливается при описании переменной с соответствующим ключевым словом. Переменные, определенные вне функции, являются внешними и имеют глобальную область действия. Переменные, определенные внутри функции, являются автоматическими и локальными, если только не используются другие ключевые слова. Внешние переменные, определенные раньше функции, доступны ей, даже если не описаны внутри ее.

III. Свойства.

КЛАСС ПАМЯТИ	КЛЮЧЕВОЕ СЛОВО	ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ СУЩЕСТВОВАНИЯ	ОБЛАСТЬ ДЕЙСТВИЯ
Автоматический	auto	Временно	Локальная
Регистровый	register	Временно	Локальная
Статический	static	Постоянно	Локальная
Внешний	extern	Постоянно	Глобальная (все файлы)
Внешний статический	static	Постоянно	Глобальная (один файл)

1. Разделим случайное число на 32768. В результате получим число х в диапазоне - 1 <= х < 1. (Мы должны превратить его в тип float, чтобы иметь десятичные дроби.).

2. Добавим 1. Наше новое число удовлетворяет отношению 0 < = х < 2.

3. Разделим на 2. Теперь имеем 0 <= х < 1.

4. Умножим на 6. Имеем 0 <= х < 6. (Близко к тому, что нужно, но 0 не является возможным значением.).

5. Прибавим 1: 1 <= х < 7. (Заметим, что эти числа все еще являются десятичными дробями.).

6. Преобразуем в целые числа. Теперь мы имеем целые в диапазоне от 1 до 6.

7. Для обобщения достаточно заменить значение 6 в п. 4 на число сторон.

Вот функция, которая выполняет эти действия:

/* электронное бросание костей */

#define SCALE 32768.0.

Rollem(sides) float sides;

{

Float roll;

Roll = ((float)rand( )/SCALE + 1.0) * sides/2.0 + 1.0;

Return((int)roll);

}

Мы включили в программу два явных описания типа, чтобы показать, где выполняются преобразования типов. Обратимся к программе, которая использует эти средства:

/* многократное бросание кости */

Main( ).

{

Int dice, count, roll, seed;

Float sides;

Printf(" Введите, пожалуйста, значение зерна. \n");

Scanf(" %d, &seed);

Srand(seed);

Printf(" Введите число сторон кости, 0 для завершения. \n");

Scanf(" %d", &sides);

While(sides > 0).

{ printf(" Сколько костей?\n");

Scanf(" %d", &dice);

For( roll = 0, count = 1; count <= dice; count++).

Roll + = rollem(sides); /* бросание всех костей набора */

Printf(" У вас выпало %d, для %d  %.0f-сторонних костей.\n", roll, dice, sides);

Printf(" Сколько сторон? Введите 0 для завершения.\n");

Scanf(" %f", &sides);

} printf(" Удачи вам!\n");

}

Теперь давайте используем эту программу:

Введите значение зерна.

1.

Введите число сторон  кости,  0 для завершения.

6.

Сколько костей?

2.

У вас выпало 4 для 2 6-сторонних костей.

Сколько сторон ? Введите  0 для завершения.

6.

Сколько костей ?

2.

У вас выпало 7 для 2  6-сторонних костей.

Сколько сторон? Введите  0 для завершения.

0.

Удачи Вам! 

Спасибо.

Вы можете использовать функцию rollem( )по-разному. Пусть число сторон (sides) равно двум, тогда бросание) монеты даст следующий результат: "орел" выпал 2 раза, a "решка" - один (или наоборот, смотря, что вы предпочитаете). Можно легко модифицировать программу, чтобы показать как отдельные результаты, так и итог. Или вы можете построить имитатор игры "крапс". Если вам нужно большое число бросаний, вы можете легко модифицировать свою программу и получить результат, подобный следующему:

Введите значение зерна.

10.

Введите количество ходов; введите 0 для завершения.

18.

Сколько сторон и сколько костей? 6   3.

Здесь 18 ходов для 3  6-сторонних костей.

7 5  9 7 12 10 7 12 10 14.

9 8 13 9 10 7 16 10.

Сколько ходов? Введите 0 для завершения. 0.

Использование функции rand( )[но не rоllеm( )] изменило бы вашу программу угадывания чисел: компьютер стал бы выбирать, а вы угадывать, вместо того чтобы сделать наоборот.

     Разработаем еще некоторые функции. Сначала мы хотим создать функцию, которая читает целые числа.