Переменные в C: объявление, определение, инициализация, область видимости и классы хранения

Что такое переменная?

Переменная — именованная область памяти, которая хранит значение определённого типа. Имя переменной — это идентификатор, связанный с адресом в памяти.

Объявление vs Определение

• Объявление (declaration) — сообщает компилятору: «существует переменная такого типа с таким именем». Не выделяет память (кроме extern без инициализации).
• Определение (definition) — выделяет память, возможно инициализирует. В C определение — это тоже объявление.

extern int a;      // только объявление (нет памяти)
int b;             // определение (память выделена, значение неопределено)
int c = 42;        // определение с инициализацией
static int d = 10; // определение с внутренней линковкой

Базовые типы переменных

Тип	Описание	Размер (тип.)
char	1 байт, целое / символ	1
int	Целое «естественного» размера	4
float	Одинарная точность	4
double	Двойная точность	8
void	Отсутствие типа (только для указателей/функций)	—

Также: short, long, long long, signed/unsigned модификаторы, _Bool (C99), stdint.h типы.

Инициализация

int a = 10;           // копирующая инициализация
int b(20);            // ошибка в C! Это C++ синтаксис
int c = {30};         // список инициализации (C99, для структур/массивов)
int d = 10, e = 20;   // несколько в одном объявлении
const int LIMIT = 100;// константа (read-only)

Автоматическая инициализация

Класс хранения / область	Начальное значение
Глобальные / static (файл или функция)	Нулевое: 0, 0.0, NULL, '\0'
Локальные (auto, register)	Неинициализированы — мусор в памяти (UB при чтении)
Динамические (malloc)	Неинициализированы (мусор)
calloc, calloc	Обнулены

Правило: всегда инициализируйте локальные переменные при объявлении.

Область видимости (Scope) и время жизни (Lifetime)

Тип переменной	Область видимости	Время жизни	Пример
Локальная (auto)	Блок {...} где объявлена	Вход в блок → выход из блока	void f() { int x; }
Глобальная (file scope)	Весь файл после объявления (все функции)	Запуск программы → завершение	int g; void f() {}
Static локальная	Блок, где объявлена	Запуск → завершение программы	void f() { static int x; }
Static глобальная	Только этот файл (внутренняя линковка)	Запуск → завершение	static int g;
Extern глобальная	Вся программа (внешняя линковка)	Запуск → завершение	extern int g; в другом файле
Параметры функции	Тело функции	Вход в функцию → выход	void f(int x)

Классы хранения (Storage Classes)

Класс	Ключевое слово	Область	Жизнь	Линковка	Инициализация по умолчанию
Автоматический	auto (по умолчанию)	Блок	Блок	Нет	Мусор
Регистровый	register	Блок	Блок	Нет	Мусор
Статический (локальный)	static	Блок	Программа	Нет	0
Статический (глобальный)	static	Файл	Программа	Внутренняя	0
Внешний	extern	Программа	Программа	Внешняя	0 (если определение)

auto

Явное указание автоматического класса хранения. В современном C используется редко (подразумевается по умолчанию для локальных переменных). Не путать с C++11 auto (вывод типа)!

register

Подсказка компилятору: «храни в регистре процессора». Нельзя взять адрес (&var — ошибка). Современные компиляторы сами лучше решают, что положить в регистры. Используется редко.

static (локальный)

Сохраняет значение между вызовами функции:

void counter() {
    static int count = 0; // инициализируется ОДИН раз
    count++;
    printf("%d\n", count);
}
counter(); // 1
counter(); // 2
counter(); // 3

static (глобальный)

Ограничивает видимость файлом (internal linkage). Предотвращает конфликты имен при линковке.

extern

Объявление переменной, определённой в другом файле:

// file1.c
int global_counter = 0; // определение

// file2.c
extern int global_counter; // объявление
void use_it() { global_counter++; }

Компиляция: gcc file1.c file2.c -o prog.

Lvalues и Rvalues

• lvalue (locator value) — выражение, ссылающееся на объект в памяти (имеет адрес). Может стоять слева от =. Примеры: переменная, разыменование указателя *ptr, элемент массива arr[i].
• rvalue (read value) — временное значение, не имеющее адреса. Только справа от =. Примеры: литералы 42, 3.14, результаты выражений a + b, возвращаемые значения функций (кроме ссылок в C++).

int x = 10;   // x — lvalue, 10 — rvalue
x = 20;       // OK
10 = 20;      // ОШИБКА: 10 — rvalue, нельзя присваивать
int *p = &x;  // &x требует lvalue
*p = 30;      // *p — lvalue

Пример: демонстрация областей видимости

#include <stdio.h>

int global = 100;        // глобальная, внешняя линковка
static int file_static = 200; // глобальная, внутренняя линковка

void func(int param) {   // param — формальный параметр
    int local = 10;      // локальная (auto)
    static int static_local = 0; // статическая локальная
    
    printf("global=%d, file_static=%d, param=%d, local=%d, static_local=%d\n",
           global, file_static, param, local, static_local);
    
    static_local++;
    local = 999; // изменится только в этом вызове
}

int main() {
    func(1);
    func(2);
    func(3);
    // local сбрасывается каждый вызов, static_local накапливает
    return 0;
}