变量

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变量(varible)可以理解成一块内存区域的名字。通过变量名,可以引用这块内存区域,获取里面存储的值。由于值可能发生变化,所以称为变量,否则就是常量了。

变量名 #

变量名在 C 语言里面属于标识符(identifier),命名有严格的规范。

  • 只能由字母(包括大写和小写)、数字和下划线(_)组成。
  • 不能以数字开头。
  • 长度不能超过63个字符。

下面是一些无效变量名的例子。

$zj
j**p
2cat
Hot-tab
tax rate
don't

上面示例中,每一行的变量名都是无效的。

变量名区分大小写,starStarSTAR都是不同的变量。

并非所有的词都能用作变量名,有些词在 C 语言里面有特殊含义(比如int),另一些词是命令(比如continue),它们都称为关键字,不能用作变量名。另外,C 语言还保留了一些词,供未来使用,这些保留字也不能用作变量名。下面就是 C 语言主要的关键字和保留字。

auto, break, case, char, const, continue, default, do, double, else, enum, extern, float, for, goto, if, inline, int, long, register, restrict, return, short, signed, sizeof, static, struct, switch, typedef, union, unsigned, void, volatile, while

另外,两个下划线开头的变量名,以及一个下划线 + 大写英文字母开头的变量名,都是系统保留的,自己不应该起这样的变量名。

变量的声明 #

C 语言的变量,必须先声明后使用。如果一个变量没有声明,就直接使用,会报错。

每个变量都有自己的类型(type)。声明变量时,必须把变量的类型告诉编译器。

int height;

上面代码声明了变量height,并且指定类型为int(整数)。

如果几个变量具有相同类型,可以在同一行声明。

int height, width;

// 等同于
int height;
int width;

注意,声明变量的语句必须以分号结尾。

一旦声明,变量的类型就不能在运行时修改。

变量的赋值 #

C 语言会在变量声明时,就为它分配内存空间,但是不会清除内存里面原来的值。这导致声明变量以后,变量会是一个随机的值。所以,变量一定要赋值以后才能使用。

赋值操作通过赋值运算符(=)完成。

int num;
num = 42;

上面示例中,第一行声明了一个整数变量num,第二行给这个变量赋值。

变量的值应该与类型一致,不应该赋予不是同一个类型的值,比如num的类型是整数,就不应该赋值为小数。虽然 C 语言会自动转换类型,但是应该避免赋值运算符两侧的类型不一致。

变量的声明和赋值,也可以写在一行。

int num = 42;

多个相同类型变量的赋值,可以写在同一行。

int x = 1, y = 2;

注意,赋值表达式有返回值,等于等号右边的值。

int x, y;

x = 1;
y = (x = 2 * x);

上面代码中,变量y的值就是赋值表达式(x = 2 * x)的返回值2

由于赋值表达式有返回值,所以 C 语言可以写出多重赋值表达式。

int x, y, z, m, n;

x = y = z = m = n = 3;

上面的代码是合法代码,一次为多个变量赋值。赋值运算符是从右到左执行,所以先为n赋值,然后依次为mzyx赋值。

C 语言有左值(left value)和右值(right value)的概念。左值是可以放在赋值运算符左边的值,一般是变量;右值是可以放在赋值运算符右边的值,一般是一个具体的值。这是为了强调有些值不能放在赋值运算符的左边,比如x = 1是合法的表达式,但是1 = x就会报错。

变量的作用域 #

作用域(scope)指的是变量生效的范围。C 语言的变量作用域主要有两种:文件作用域(file scope)和块作用域(block scope)。

文件作用域(file scope)指的是,在源码文件顶层声明的变量,从声明的位置到文件结束都有效。

int x = 1;

int main(void) {
  printf("%i\n", x);
}

上面示例中,变量x是在文件顶层声明的,从声明位置开始的整个当前文件都是它的作用域,可以在这个范围的任何地方读取这个变量,比如函数main()内部就可以读取这个变量。

块作用域(block scope)指的是由大括号({})组成的代码块,它形成一个单独的作用域。凡是在块作用域里面声明的变量,只在当前代码块有效,代码块外部不可见。

int a = 12;

if (a == 12) {
  int b = 99;
  printf("%d %d\n", a, b);  // 12 99
}

printf("%d\n", a);  // 12
printf("%d\n", b);  // 出错

上面例子中,变量b是在if代码块里面声明的,所以对于大括号外面的代码,这个变量是不存在的。

代码块可以嵌套,即代码块内部还有代码块,这时就形成了多层的块作用域。它的规则是:内层代码块可以使用外层声明的变量,但外层不可以使用内层声明的变量。如果内层的变量与外层同名,那么会在当前作用域覆盖外层变量。

{
  int i = 10;

  {
    int i = 20;
    printf("%d\n", i);  // 20
  }

  printf("%d\n", i);  // 10
}

上面示例中,内层和外层都有一个变量i,每个作用域都会优先使用当前作用域声明的i

最常见的块作用域就是函数,函数内部声明的变量,对于函数外部是不可见的。for循环也是一个块作用域,循环变量只对循环体内部可见,外部是不可见的。

for (int i = 0; i < 10; i++)
  printf("%d\n", i);

printf("%d\n", i); // 出错

上面示例中,for循环省略了大括号,但依然是一个块作用域,在外部读取循环变量i,编译器就会报错。

比较特殊的是,for的循环条件部分是一个单独的作用域,跟循环体内部不是同一个作用域。

for (int i = 0; i < 5; i++) {
  int i = 999;
  printf("%d\n", i);
}

printf("%d\n", i); // 非法

上面示例中,for的循环变量是i,循环体内部也声明了一个变量i,会优先读取。但由于循环条件部分是一个单独的作用域,所以循环体内部的i不会修改掉循环变量i,因此这段代码的运行结果就是打印5次999。另外,一旦for循环结束,循环变量i的作用域就消失了,变量不再存在,所以最后一行读取变量i就报错了。