什么是全局变量 & 宏 & 大程序怎么写，看这一篇就够了

全局变量

认识全局变量

定义在函数外的变量就是全局变量
全局变量具有全局的生存期和作用域
- 它们与任何函数无关
- 任何函数（定义在全局变量后的的函数）内部都可以使用它们

例如：

int f(void);

int gAll = 12;

int main(void){
	
	//__func__ 可以打印出当前函数的函数名，下划线一边是两个
	printf("in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);
	//全局变量可以直接使用，不需要再声明
	f();
	printf("again in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);
	//函数内对全局变量值的改变在 main函数中依然存在
	return 0;
}

int f(void) {
	
	printf("in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);
	gAll += 2;
	printf("again in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);

	return gAll;
}

输出：

in main gAll = 12
in f gAll = 12
again in f gAll = 14
again in main gAll = 14

全局变量的初始化

没有初始化的全局变量默认值为 0
- 指针默认为 NULL
只能用编译时刻已知[^1]的值来初始化全局变量
全局变量的初始化发生在main函数之前

注释1：

int gAll = 12;
int g = gAll;//报错

int main(void) {

	return 0;
}

下面这段代码在某些编译器（dev c++）上是可以编译的，但是在 vs 上是不能编译的

const int gAll = 12;
int g = gAll;

int main(void) {

	return 0;
}

但是，这种方式是不推荐的

被隐藏的全局变量

如果函数内部存在与全局变量同名的变量，则全局变量被隐藏。

int f(void);

int gAll = 12;

int main(void) {

	printf("in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);

	f();

	printf("again in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);

	return 0;
}

int f(void) {
	
	int gAll = 2;//仅在这个范围内适用
	printf("in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);
	gAll += 2;
	printf("again in %s gAll = %d\n", __func__, gAll);

	return gAll;
}

输出：

in main gAll = 12
in f gAll = 2
again in f gAll = 4
again in main gAll = 12

即使 gAll 在 main 函数中被覆盖，f 函数中的 gAll 也是不会被该改变的

为什么会这样？自己思考一下。

静态本地变量

在本地变量定义时加上 static 修饰符就成为静态本地变量
当离开函数的生存期后，静态本地变量会继续存在并保持其值
静态本地变量的初始化只会在第一次进入这个函数时进行，以后进入函数时会保持上次离开时的值。

例：
不用static的情况

int f(void);

int main(void) {

	f();
	f();
	f();

	return 0;
}

int f(void) {

	int All = 1;
	printf("in %s All = %d\n", __func__, All);
	All += 2;
	printf("again in %s All = %d\n", __func__, All);

	return All;
}

输出：

in f All = 1
again in f All = 3
in f All = 1
again in f All = 3
in f All = 1
again in f All = 3

使用static：

int f(void);

int main(void) {

	f();
	f();
	f();

	return 0;
}

int f(void) {

	static int All = 1;//只添加 static
	printf("in %s All = %d\n", __func__, All);
	All += 2;
	printf("again in %s All = %d\n", __func__, All);

	return All;
}

输出：

in f All = 1
again in f All = 3
in f All = 3
again in f All = 5
in f All = 5
again in f All = 7

看看地址

int f(void);

int gAll = 12;

int main(void) {

	printf("1 st\n");
	f();
	printf("2 nd\n");
	f();

	return 0;
}

int f(void) {
	
	int a = 0;
	int b = 0;
	static int All = 1;

	printf("&All :  %p\n", &All);
	printf("&gAll:  %p\n", &gAll);
	printf("&a :    %p\n", &a);
	printf("&b :    %p\n", &b);

	return All;
}

输出：

1 st
&All :  00007FF6A9ECC054
&gAll:  00007FF6A9ECC050
&a :    000000E8815CF8B4
&b :    000000E8815CF8D4
2 nd
&All :  00007FF6A9ECC054
&gAll:  00007FF6A9ECC050
&a :    000000E8815CF8B4
&b :    000000E8815CF8D4

全局变量 gAll 与静态局部变量 All 在内存中相邻

总结

静态本地变量实际上是特殊的全局变量
它们位于相同的内存区域
静态本地变量具有全局的生存期，函数内的局部作用域

返回指针的函数

请同学们先看一下下面这个程序：

int* f(void);
void g(void);

int main(void) {

	int* p = f();
	printf("*p = %d\n", *p);
	g();
	printf("*p = %d\n", *p);

	return 0;
}

int* f(void) {

	int i = 12;

	return &i;
}
void g(void) {

	int k = 24;
	
	printf("k = %d\n", k);

	return k;
}

输出：

*p = 12
 k = 24
*p = 24

i 和 k 的内存其实是同一块空间

总结

返回 本地变量 的地址是危险的
返回 全局变量 或 静态局部变量 的地址是安全的
返回函数内 malloc 的内存是安全的，但是容易造成问题
最好的做法是返回传入的指针

说了这么多，总结一句话

尽量避免使用全局变量和静态本地变量

？？？
为什么这里就不深讲了，有兴趣的朋友可以下来自己查查。

编译预处理与宏

编译预处理指令

# 开头的是编译预处理指令
它们不是 C语言的一部分，但是 C语言离不开他们
#define 用来定义一个宏

define 关键字

回想我们刚学 double 的时候，是不是计算过圆的面积。当时我们可能是这样写的：

#include<stdio.h>

const double PI = 3.14159;

int main(void) {

	printf("%f\n", 2 * PI * 3.0);
	return 0;
}

现在我们用宏就不需要用 const 修饰的全局变量了，我们也说过，全局变量最好不用。

#include<stdio.h>

#define PI 3.14159
//注意：不写分号 不写等于号

int main(void) {

	printf("%f\n", 2 * PI * 3.0);
	return 0;
}

现在，我们打开我们的虚拟机，进入 Linux 系统。
1.创建一个 c文件

2.写一个简单的带宏的 c程序

3.这时后我们成功创建了一个 c文件

4.编译c文件，并保留中间文件
现在多出来了 4 个文件，蓝色的是文件夹，我们不去管它，绿色的是可执行文件，类似 windows 的 .exe 文件
现在我们主要关注这 3 个中间文件

文件详细情况
一个 c文件编译的过程文件变化是这样的：

.c （处理编译预处理指令）-> .i （产生汇编代码）-> .s（汇编生成目标文件） -> .o（链接等） -> a.out

可以看到 .i 文件时很大
我们看看 .i 文件的结尾部分
对比 .c 文件
我们发现程序中的宏 PI 被换成了它所表示的数字

这种替换是简单的文本替换，我们再试试其他的替换方式：

替换字符串
FRORMAT 同样被替换了
我们再试试这样，定义宏的时候不带双引号：
编译器给了 warning
FORMAT并没有被替换
因此可知，被 " "扩起来的字符串宏是不会替换的

总结

格式： #define <名字> <值>
注意结尾没有分号，因为不是 C 的语句
名字必须是一个单词，值可以是任何（注意字符串替换定义时需要带引号）
在 C语言的编译器开始编译之前，编译预处理程序（cpp）会把程序中的宏的名字替换为值
linux/unix
- 编译并保留中间文件指令：gcc --save-temps
- 查看文件结尾：tail

宏

如果在一个宏的值中有其他宏的名字，这些宏也是会被替换的
如果一个宏的值超过一行，最后一行之前的行末需要加 \
宏的值后面出现的注释不会被当作宏的值的一部分

没有值的宏

#define _DEBUG
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 用 VS 的应该都知道这个吧，加上这个你就可以直接用scanf而不是scanf_s了

这类宏是用来做条件编译的，后面有其他编译预处理指令来检查这个宏是否已经被定义过了。
比如有这个宏执行这部分代码，没有则执行另外一部分

预定义的宏

__LINE__
__FILE__
__DATE__
__TIME__
__STDC__

我们来试着用一下：

int main(void) {

	printf("%s : %d\n", __FILE__, __LINE__);
	printf("%s %s\n", __DATE__, __TIME__);

	return 0;
}

输出：

D:\vscode\练习\12-31\Project1\oj.c : 174
Feb 11 2020 04:12:57

值得注意的是，__LINE__表示的是它自己所在的行数

你们在熟睡，而我还在给你们写教学，关注我/点个赞/转发不过分吧~

带参数的宏

#define cube(x) ( (x) * (x) * (x) )

例如：

#define cube(x) ((x) * (x) * (x))

int main(void) {

	printf("%d\n", cube(5));
	return 0;
}

输出：

容易犯的错误

一下这两种写法在程序中会不会有问题？

#define ERROR(1x) (x * 57)
#define ERROR2(x) (x) * 57

思考一下这个程序会的到你想要的结果吗？

#define ERROR1(x) (x * 57)
#define ERROR2(x) (x) * 57

int main(void) {
	
	printf("%d\n", ERROR(1 + 2));
	printf("%d\n", 300 / ERROR(1));

	return 0;
}

输出：

115
17100

为什么会这样呢？我们不妨来看一下，.i文件内部：

注意运算顺序
定义带参数的宏的原则

一切都要有括号
- 整个值有括号
- 每个参数都有括号

所以，上面错误的例子的正确的写法就是：
#define ERROR ( (x) * 57 )

带参数的宏的更多用法：

#define MIN(a, b) ((a) > (b) ? (b) : (a))

定义宏切记不要加分号

错误示范：

#define PRETTY_PRINT(msg) printf(msg);

int main(void) {

	int n = 0;

	printf("Input an number\n");
	scanf("%d", &n);

	if (n < 10)
		PRETTY_PRINT("less than 10\n");
	else
		PRETTY_PRINT("more than 10\n");

	return 0;
}

VS 会报错：没有匹配 if 的非法 else，为什么呢？

因为如果你在宏后面加了 ;,你又在 if 内的语句后加了;
这样在.i的阶段，if 后的语句有了两个 ;,即：
PRETTY_PRINT("less than 10\n");;
第二个;表示一个空语句，这样 else 前面就没有对象可以匹配了

总结

#开头的预处理指令并不是 C语言独有的内容
宏的参数时没有类型的
大型程序中宏的使用很常见
宏可以很复杂，可以产生函数
- 使用运算符 # 和 ##
部分宏会被 inline函数取代
中西方差异（国人少用）

Quiz：
请看下面的代码片段，判断这段程序会输出什么？


#define TOUPPER(c) ('a' <= (c) && (c) <= 'z' ? (c) - 'a' + 'A' : (c))

	int i = 0;
	char s[1000];
	
	strcpy(s, "abcd");
	
	putchar(TOUPPER(s[++i]));

A: B
B: C
C: D
D: E

这道题是需要都脑子的呦!
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大程序结构

多个源代码文件

多个源文件`.c`

引入
回想我们学习的过程，开始是 main（）里的代码太长了，我们学习了函数，将其分开
现在如果一个源文件太长了，我们就可以将其分成几个源文件

怎么让多个源文件联系起来？
在编译器上创建一个项目，将你想操作的 .c 文件放到同一个项目中

头文件 `.h`

`" "` 还是 `< >` ?

#include有两种形式来指出要插入的文件
- " "要求编译器首先在当前目录（.c 文件所在目录）寻找这个文件；如果没有，再去编译器指定的目录寻找。自己的头文件用
- < >让编译器只在指定位置寻找 。系统的头文件用
编译器知道自己的标准库的头文件在哪里
环境变量和编译器命令行参数也可以指定寻找头文件的目录

`#include`的误区

#include不是用来引入库的
stdio.h 中只有函数的声明，函数的定义在其他的地方
C语言编译器默认会引入所有标准库
#include<stdio.h>的作用其实就是将这个头文件的所有内容插入到这个文件中来。目的是让编译器知道你使用的函数时所给的参数是否正确。（类似函数的声明）

为什么不引用 stdlib.h 依然可以使用 malloc ?
这时因为在你调用函数前没有声明函数（引入头文件），编译器回去猜测参数和函数返回类型都为 int型
恰好 malloc 的参数 size_t 是 long int ，返回值是个指针，也可以看作是 16进制的整型。

为什么？可以参考我的另一篇文章，点击跳转

头文件

使用和定义函数的地方都应该包含这个头文件
将函数声明全局变量放入 .h文件

不对外公开的函数&变量

函数&全局变量前加上 static就使得这个函数/变量只能在当前文件中被使用

声明

extern

当一个c 文件想调用另一个 c文件中定义的全局变量时
需要在头文件中加上 extern <类型> <变量名> 来声明这个变量

例如：

<1.c>
int gAll = 12;

<2.c>
printf("%d\n", gAll);

<1.h>
extern int gAll;

声明不产生代码

避免重复声明

请看下例：

<1.h>
int a ;

<2.h>
#include"1.h"

<3.h>
#include"1.h" 
//相当于
//int a 

#include"2.h" 
//相当于
//#include"1.h"
//相当于
//int a ;

//可以看到， int a 被重定义的

如何避免上述这种重定义情况？

条件编译和宏

运用条件编译和宏，保证这个头文件在一个编译单元中只会被 include 一次
#pragma once也能起到相同作用，但不是所有的编译器都支持

#ifdef _MAIN_H_//先看 这个宏是否定义过，是：继续 不是：跳过这个结构。跳过的意思是编译时将不再向 .i 文件中插入这段代码
#define _MAIN_H_//没有定义，则定义

#endif

这就是我们前面说的预定义的宏的一种使用方法。
应用这种方法我们再看上例

<1.h>
#ifdef _FIRST_H_
#define _FIRST_H_

int a ;

#endif
<2.h>
#include"1.h"

<3.h>
#include"1.h" 
//相当于：
//#ifdef _FIRST_H
//#define _FIRST_H
//int a ;
//#endif
#include"2.h" 
//相当于：
//#include"1.h"
//这时，_FIRST_H 已经被定义，则跳过