Область видимости и время жизни переменных

Каждая переменная кроме имени, типа данных и значения имеет ещё одну характеристику – область видимости переменной. Область видимости переменной – это участок кода программы, в котором данная переменная доступна для использования.

Рассмотрим пример, написанный ранее.

#include <stdio.h>

int max_num(int a, int b){
  int max = b;
  if (a > b) 
    max = a;

  return max;
}

int main(void) {
  int x =0, y = 0;
  int  m = 0;

  scanf("%d %d", &x, &y);

  m = max_num(x,y);
  
  printf("max(%d,%d) = %d\n",x,y,m);

  return 0;
}

В этом коде переменные a, b и max доступны для использования только внутри функции max_num. А переменные x,y и m – внутри функции main. Область видимости этих переменных – тело функции, в которой они объявлены. Это означает, к примеру, что мы не можем избавиться от переменной max внутри функции max_num и присваивать значение сразу переменной m. Т.е. вот такой код работать не будет:

#include <stdio.h>

void max_num(int a, int b){
  m = b;
  if (a > b) 
    m = a;
}

int main(void) {
  int x =0, y = 0;
  int  m = 0;

  scanf("%d %d", &x, &y);

  max_num(x,y);
  
  printf("max(%d,%d) = %d\n",x,y,m);

  return 0;
}

Если вы попытаетесь его скомпилировать, то компилятор будет ругаться на несуществующую переменную m внутри функции max_num.

Решить эту проблему довольно просто. Достаточно объявить переменную m вне всех функций, сразу после директив препроцессора.

#include <stdio.h>

int m = 0;

void max_num(int a, int b){
  m = b;
  if (a > b) 
    m = a;
}

int main(void) {
  int x =0, y = 0;

  scanf("%d %d", &x, &y);

  max_num(x,y);
  
  printf("max(%d,%d) = %d\n",x,y,m);

  return 0;
}

Переменные, объявленные таким образом, называются глобальными, т.к. доступ к ним возможен из любого места в этом файле (доступны глобально). Те переменные, которые мы использовали ранее, называются локальными, т.к. они доступны только в некоторых местах программы (доступны локально).

Рис.1 Область видимости переменных (глобальные и локальные)

К локальным относятся также переменные, объявленные, например, внутри тела цикла. Возможно, вы замечали, что если в программе два цикла for, то в каждом из них счётчик может иметь имя i и объявляться в заголовке цикла.

#include <stdio.h>

int main(void) {
  int x[10] = {1,4,34,53,1,92,4,8,2,44};
  int min = 99999;
  int max = -99999;

  for(int i = 0; i<10; i++){
    if (x[i] < min)
      min = x[i];
  }

  for(int i = 0; i<10; i++){
    if (x[i] > max)
      max = x[i];
  }

  printf("max: %d\tmin: %d\n",max,min);

  return 0;
}

Дело как раз в области видимости и времени жизни локальных переменных. Каждый раз при создании цикла создаётся новая переменная с именем i. На протяжении всего тела цикла данная переменная доступна для использования, т.е. её область видимости – это блок тело цикла. После того как цикл завершается, эта переменная удаляется из памяти. Её время жизни – время работы цикла. Для переменных, объявленных внутри функции, время жизни переменных – время выполнения данной функции.

Рис.2 Область видимости переменных объявленных в цикле

Если нам не жалко ресурсов памяти, то мы могли бы сделать вот так:

#include <stdio.h>

int main(void) {
  int x[10] = {1,4,34,53,1,92,4,8,2,44};
  int min = 99999;
  int max = -99999;

  int i;

  for(i = 0; i<10; i++){
    if (x[i] < min)
      min = x[i];
  }

  for(i = 0; i<10; i++){
    if (x[i] > max)
      max = x[i];
  }

  printf("max: %d\tmin: %d\n",max,min);

  return 0;
}

В этом случае создаётся одна переменная i, которая в дальнейшем используется во всех циклах. Попробуйте добавить вывод на экран значения переменной i между циклами. В первом случае должна появиться ошибка, т.к. переменная i существует только внутри циклов, а во втором случае всё будет нормально и значение i будет равно 10.