Mdr-C-Tutorial

15. 声明、名称与生存期 ​

前面的章节已经在具体场景中使用了声明和局部可见性。本章把这些规则整理成完整模型：

  1. 声明
  2. 生存期
  3. 存储期与链接
  4. 定义
  5. 作用域
  6. 属性

1. 习题 ​

#11522
⚡3⏳2

先不编译，逐行推出下面程序的输出：

c
#include <stdio.h>

int x = 1;

static int next(void) {
    static int n;
    return ++n;
}

int main(void) {
    printf("%d %d\n", x, next());
    {
        printf("%d %d\n", x, next());
        int x = 2;
        printf("%d %d\n", x, next());
    }
    printf("%d %d\n", x, next());
    return 0;
}
  1. 写出四行输出，并指出每一行里的 x 指的是哪个对象，next() 的返回值又来自哪个对象。
  2. 编译运行核对结果。
  3. 把 int x = 2; 提到块的第一行（第一条内层 printf 之前），其余不动，输出变成什么？这一改动用的是块作用域的哪条规则？
#11523
⚡4⏳3

某模块用下面的函数把温度转成文本：

c
#include <stdio.h>

static const char *format_temp(int celsius) {
    static char buf[32];
    snprintf(buf, sizeof buf, "%d C", celsius);
    return buf;
}

int main(void) {
    printf("%s -> %s\n", format_temp(20), format_temp(30));
    return 0;
}

本机输出为 20 C -> 20 C。

  1. 解释两个位置为什么打印出同一个字符串。分成两种写法讨论：若先分别调用 format_temp(20)、format_temp(30) 把结果存进两个指针，最后一起打印，输出是 30 C -> 30 C，说明原因；若像原程序那样把两次调用写在同一个 printf 里，输出是 20 C -> 20 C，说明实参求值顺序在这里起了什么作用，以及为什么这个结果不能当作可靠行为。
  2. 改成调用方提供缓冲区的接口 void format_temp(int celsius, char *out, size_t size);（size_t 需要 <stddef.h>），重写调用点，使输出为 20 C -> 30 C。
  3. 编译器对“两次调用共用一块缓冲区”无话可说，却能对“返回局部数组”给出 -Wreturn-local-addr 警告。说明编译器在两种情况下各自掌握了哪些信息，为什么后者能静态判定、前者不能。
#11524
⚡5⏳3拓展

下面的模块把计数放在文件内部，主程序却声明了同名的外部对象。两个文件分开编译、一起链接（这种组织方式在第二部分展开，这里只需照着命令做）：

c
#ifndef COUNTER_H
#define COUNTER_H

int counter_bump(void);

#endif
c
#include "counter.h"

static int counter = 0;

int counter_bump(void) {
    return ++counter;
}
c
#include <stdio.h>

#include "counter.h"

int counter;

int main(void) {
    counter_bump();
    counter_bump();
    printf("counter = %d\n", counter);
    return 0;
}

用 gcc -std=c17 -Wall -Wextra main.c counter.c -o app 编译，一条警告也没有，运行却输出 counter = 0。把两个文件各编成一个目标文件后，符号表工具对 counter 的记录如下（第二列的字母：大写表示外部链接，小写表示内部链接；B/b 指未初始化的数据段，U 指未定义引用）：

text
counter.o: 0000000000000000 b counter
main.o:    0000000000000000 B counter
           0000000000000000 U counter_bump
  1. 解释这两条记录分别对应哪个对象、哪种链接。链接器把重定位指向哪一个？主程序打印的是哪一个对象的值？
  2. 给出两种修正，都要求输出 counter = 2：一种让两个翻译单元共享同一个对象；另一种让计数只属于模块，主程序通过函数读取。
  3. 编译器和链接器都没有报错。另写一个测试程序，同样声明 int counter;，调用 counter_bump() 三次后断言 counter == 3，把它和 counter.c 一起链接运行。断言在哪一行失败？据此说明为什么“能编过、能链接、能跑完”不能证明两个翻译单元对同一个名字的理解一致。
#11525
⚡6⏳4

写一个单文件的统计数据收集器：调用方逐个送入整数，模块累加出个数与总和。全部代码放在一个 .c 文件里，但要按模块的思路组织，状态集中在一处，对外只有下面几个函数：

c
void stats_reset(void);        /* 清空计数与总和 */
void stats_add(int value);     /* 未启用时忽略 */
void stats_enable(void);       /* 允许累加 */
int stats_count(void);         /* 已收集的个数 */
long stats_sum(void);          /* 总和 */
const char *stats_label(void); /* 返回 "stats" */

要求：

  1. 计数、总和、启用标志放在文件作用域的对象里，都用 static 修饰；函数之外的辅助函数也用 static。
  2. 启用标志写成暂定定义，不写初始化器。说明它为什么不需要初始化器、初值是什么；如果同一翻译单元里再写一次同样不带初始化器的同名声明，最终有几个定义、值不变吗？
  3. stats_label 返回 "stats"，保存在函数内的静态数组里，每次调用返回同一个地址。说明它为什么不能改成返回指向自动数组的指针，并用一段错误实现验证编译器的反应。
  4. 两个查询函数在实现支持时加上 [[nodiscard]]，用 __has_c_attribute 判断，使同一份源码在 C17 与 C23 下都能编译。
  5. 用 _Static_assert（C11 起）约束 sizeof(long) >= sizeof(int)，并说明这条约束的依据。
  6. 写一个 main 验证：未启用时 stats_add 无效；启用后 count 与 sum 正确；stats_reset 之后归零；丢弃一次 stats_count() 的返回值时编译出现 -Wunused-result 警告。

分别在 -std=c17 与 -std=c2x 下用 -Wall -Wextra 编译，除第 6 条故意丢弃返回值的那一处外不应出现其他警告。本机期望输出：

text
disabled: count=0 sum=0
enabled: count=5 sum=15 label=stats
reset: count=0 sum=0