存储类说明符

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C 语言
 
声明
 

指定对象和函数的存储期（storage duration）和链接（linkage）：

  • auto - 自动存储期与无链接
  • register - 自动存储期与无链接；不能取这种对象的地址
  • static - 静态存储期与内部链接（除非在块作用域）
  • extern - 静态存储期与外部链接（除非已声明带内部链接）
  • _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) - 线程存储期
(C11 起)

解释

存储类说明符出现于声明和复合字面量表达式 (C23 起)中。至多可使用一个说明符，但可以将 _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) 与 static 或 extern 组合以调整链接 (C11 起)。存储类说明符确定其所声明的名称的两个独立属性：存储期与链接。

1) auto 说明符只允许用于声明于块作用域的对象（除了函数形参列表）。它指示自动存储期与无链接，也是这种声明的默认属性。
2) register 说明符只允许用于声明于块作用域的对象，包括函数形参列表。它指示自动存储期与无链接（即这种声明的默认属性），但另外提示优化器，若可能则将此对象的值存储于 CPU 寄存器中。无论此优化是否发生，声明为 register 的对象不能用作取址运算符的参数，不能用 alignas (C11 起)，而且 register 数组不能转换为指针。
3) static 说明符指定静态存储期（除非与 _Thread_local 组合） (C11 起)和内部链接（除非用于块作用域）。它能用于在文件作用域的函数，以及文件和块作用域的变量，但不能用于函数形参列表。
4) extern 指定静态存储期（除非与 _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) 组合） (C11 起)和外部链接。它能用于文件和块作用域中的函数和对象声明（除了函数形参列表）。若 extern 出现在已经声明带内部链接的标识符的再声明上，则链接仍为内部。否则（若前一声明为外部、无链接或不在作用域内）链接为外部。
5) _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) 指示线程存储期。它不能用于函数声明。若将它用在对象声明上，则它必须在同一对象的每次声明上都存在。若将它用在块作用域声明上，则必须与 static 或 extern 之一组合以决定链接。
(C11 起)

若不提供存储类说明符，则默认为：

对所有函数为 extern
对在文件作用域的对象为 extern
对在块作用域的对象为 auto

对于任何用存储类说明符声明的结构体或联合体，存储期（但非链接）递归地应用到其成员。

在块作用域的函数声明可以使用 extern 或完全不使用存储类说明符。在文件作用域的函数声明可以使用 extern 或 static。

函数形参不能使用除 register 以外的存储类说明符。注意 static 在数组类型的函数形参中有特殊含义。

存储期

每个对象都有称为存储期的属性，它限制对象的生存期。C 中有四种存储期：

  • 自动存储期。当进入对象所声明于其中的块时分配其存储，而当以任何方式（goto、return、抵达结尾）退出该块时解分配存储。一个例外是 VLA；其存储是在执行声明时而非块入口分配的，并在声明离开作用域而非退出块时解分配。 (C99 起)若递归地进入该块，则每个递归层都进行新的分配。所有函数形参和非 static 块作用域对象，还有块作用域中使用的复合字面量 (C23 前)均拥有此存储期。
  • 静态存储期。存储期是整个程序的执行过程，只在 main 函数之前初始化一次存储于对象的值。所有声明为 static 对象和所有带内部或外部链接且不声明为 _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) (C11 起) 的对象都拥有此存储期。
  • 线程存储期。存储期是创建对象的线程的整个执行过程，在启动线程时初始化存储于对象的值。每个线程拥有其自身的独立对象。若执行访问此对象的表达式的线程，不是执行其初始化的线程，则行为是实现定义的。所有声明为 _Thread_local (C23 前)thread_local (C23 起) 的对象拥有此存储期。
(C11 起)

链接

链接指的是标识符（变量或函数）可从其他作用域指代的能力。若在数个作用域中声明有同一标识符的变量或函数，但不能从所有这些作用域指代它们，则会创建变量的多个实例。可识别下列几种链接：

  • 无链接。只能从其所在的作用域指代该标识符。所有函数形参和所有非 extern 的块作用域变量（包含声明为 static 者）都拥有此链接。
  • 内部链接。能从当前翻译单元的所有作用域指代该标识符。所有 static 文件作用域标识符（函数和变量）都拥有此链接。
  • 外部链接。能从整个程序的任何其他翻译单元指代该标识符。所有非 static 函数、所有 extern 变量（除非之前声明为 static）和所有文件作用域的非 static 变量都拥有此链接。

若同一标识符在同一翻译单元中一同带内部和外部链接出现，则行为未定义。这在使用试探性定义时有可能发生。

链接与库

本节未完成
原因：这或许应该为 c/language 中杂项下的顶层条目？

带外部链接的声明常在头文件中可用，这使得所有 #include 了该头文件的翻译单元都可以指代定义于别处的相同标识符。

任何出现于头文件中的带内部链接的声明，在每个包含该文件的翻译单元中产生一个分离而独立的对象。

库接口，头文件“flib.h”： 

#ifndef FLIB_H
#define FLIB_H
void f(void);              // 带外部链接的函数声明
extern int state;          // 带外部链接的变量声明
static const int size = 5; // 带内部链接的只读对象定义
enum { MAX = 10 };         // 常量定义
inline int sum (int a, int b) { return a + b; } // inline 函数定义
#endif // FLIB_H

库实现，源文件“flib.c”： 

#include "flib.h"
 
static void local_f(int s) {} // 带内部链接的定义（只用于此文件）
static int local_state;       // 带内部链接的定义（只用于此文件）
 
int state;                       // 带外部链接的定义（ main.c 使用）
void f(void) { local_f(state); } // 带外部链接的定义（ main.c 使用）

应用代码，源文件“main.c”： 

#include "flib.h"
 
int main(void)
{
    int x[MAX] = {size}; // 使用常量和只读变量
    state = 7;           // 修改 flib.c 中的 state
    f();                 // 调用 flib.c 中的 f()
}

关键词

auto, register, static, extern, _Thread_local thread_local

注解

一般通过定义于头文件 <threads.h> 的便利宏 thread_local 使用关键词 _Thread_local

(C23 前)
。

C 语言文法中，typedef 和 constexpr (C23 起) 说明符在形式上列作存储类说明符，但并不指定存储。

auto 说明符还用于类型推断。

(C23 起)

在文件作用域的 const 且非 extern 的名称在 C 中拥有外部链接（同所有文件作用域的默认情况），但在 C++ 中拥有内部链接。

示例

运行此代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
 
// 静态存储期
int A;
 
int main(void)
{
    printf("&A = %p\n", (void*)&A);
 
    // 自动存储期
    int A = 1;   // 隐藏全局 A
    printf("&A = %p\n", (void*)&A);
 
    // 分配存储期
    int *ptr_1 = malloc(sizeof(int));   // 开始分配存储期
    printf("address of int in allocated memory = %p\n", (void*)ptr_1);
    free(ptr_1);                        // 停止分配存储期
}

可能的输出： 

&A = 0x600ae4
&A = 0x7ffefb064f5c
address of int in allocated memory = 0x1f28c30

引用

  • C23 标准（ISO/IEC 9899:2024）：
  • 6.2.2 Linkages of identifiers （第 35-36 页）
  • 6.2.4 Storage durations of objects （第 36-37 页）
  • 6.7.1 Storage-class specifiers （第 97-100 页）
  • C17 标准（ISO/IEC 9899:2018）：
  • 6.2.2 Linkages of identifiers （第 29-30 页）
  • 6.2.4 Storage durations of objects （第 30 页）
  • 6.7.1 Storage-class specifiers （第 79 页）
  • C11 标准（ISO/IEC 9899:2011）：
  • 6.2.2 Linkages of identifiers （第 36-37 页）
  • 6.2.4 Storage durations of objects （第 38-39 页）
  • 6.7.1 Storage-class specifiers （第 109-110 页）
  • C99 标准（ISO/IEC 9899:1999）：
  • 6.2.2 Linkages of identifiers （第 30-31 页）
  • 6.2.4 Storage durations of objects （第 32 页）
  • 6.7.1 Storage-class specifiers （第 98-99 页）
  • C89/C90 标准（ISO/IEC 9899:1990）：
  • 3.1.2.2 Linkages of identifiers
  • 3.1.2.4 Storage durations of objects
  • 3.5.1 Storage-class specifiers

参阅

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