走在馬路上的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)看到馬路兩側(cè)有一些LED點(diǎn)陣的廣告牌，這些廣告牌看起來絢爛奪目，非常吸引人，而且還會(huì)變化很多種不同的顯示方式。本章就會(huì)學(xué)習(xí)到點(diǎn)陣LED的控制方式，同時(shí)也會(huì)學(xué)習(xí)C語言變量的進(jìn)階知識(shí)——變量的作用域和存儲(chǔ)類別。
7.1變量的作用域
所謂的作用域就是指變量起作用的范圍，也是變量的有效范圍。變量按他的作用域可以分為局部變量和全局變量。
7.1.1局部變量
在一個(gè)函數(shù)內(nèi)部聲明的變量是內(nèi)部變量，它只在本函數(shù)內(nèi)有效，在本函數(shù)以外是不能使用的，這樣的變量就是局部變量。此外，函數(shù)的形參也是局部變量，形參會(huì)在后面講解函數(shù)的時(shí)候再詳細(xì)解釋。
比如第6章程序中定義的unsigned long sec這個(gè)變量，它是定義在main函數(shù)內(nèi)部的，所以只能由main函數(shù)使用，中斷函數(shù)就不能使用這個(gè)變量。同理，如果在中斷函數(shù)內(nèi)部定義的變量，在main函數(shù)中也是不能使用的。
7.1.2全局變量
在函數(shù)外聲明的變量就是全局變量。一個(gè)源程序文件可以包含一個(gè)或者多個(gè)函數(shù)，全局變量的作用范圍是從它開始聲明的位置一直到程序結(jié)束。
比如第6章程序中定義的unsigned char LedBuff[6]這個(gè)數(shù)組，它的作用域就是從開始定義的位置一直到程序結(jié)束，不管是main函數(shù)，還是中斷函數(shù)InterruptTimer0，都可以直接使用這個(gè)數(shù)組。
局部變量只有在聲明它的函數(shù)范圍內(nèi)可以使用，而全局變量可以被作用域內(nèi)的所有的函數(shù)使用。所以在一個(gè)函數(shù)內(nèi)既可以使用本函數(shù)內(nèi)聲明的局部變量，也可以使用全局變量。從編程規(guī)范上講，一個(gè)程序文件內(nèi)所有的全局變量都應(yīng)定義在文件的開頭部分，在文件中所有函數(shù)之前。
由于C語言函數(shù)只有一個(gè)返回值，但是卻經(jīng)常會(huì)希望一個(gè)函數(shù)可以提供或影響多個(gè)結(jié)果值，這時(shí)就可以利用全局變量來實(shí)現(xiàn)。但是考慮到全局變量的一些特征，應(yīng)該限制全局變量的使用，過多使用全局變量也會(huì)帶來一些問題。
1、全局變量可以被作用域內(nèi)所有的函數(shù)直接引用，可以增加函數(shù)間數(shù)據(jù)聯(lián)系的途徑，但同時(shí)加強(qiáng)了函數(shù)模塊之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，使這些函數(shù)的獨(dú)立性降低，對(duì)其中任何一個(gè)函數(shù)的修改都可能會(huì)影響到其它函數(shù)的執(zhí)行結(jié)果，函數(shù)之間過于緊密的聯(lián)系不利于程序的維護(hù)。
2、全局變量的應(yīng)用會(huì)降低函數(shù)的通用性，函數(shù)在執(zhí)行的時(shí)候過多依賴于全局變量，不利于函數(shù)的重復(fù)利用。目前編寫的程序還都比較簡(jiǎn)單，就一個(gè).c文件，但以后要學(xué)到一個(gè)程序中有多個(gè).c文件，當(dāng)一個(gè)函數(shù)被另外一個(gè).c文件調(diào)用的時(shí)候，必須將這個(gè)全局變量的變量值一起移植，而全局變量不只被一個(gè)函數(shù)調(diào)用，這樣會(huì)引起一些不可預(yù)見的后果。
3、過多使用全局變量會(huì)降低程序的清晰度，使程序的可讀性下降。在各個(gè)函數(shù)執(zhí)行的時(shí)候都可能改變?nèi)肿兞恐担y以清楚的判斷出每個(gè)時(shí)刻各個(gè)全局變量的值。
4、定義全局變量會(huì)永久占用單片機(jī)的內(nèi)存單元，而局部變量只有進(jìn)入定義局部變量的函數(shù)時(shí)才會(huì)占用內(nèi)存單元，函數(shù)退出后會(huì)自動(dòng)釋放所占用的內(nèi)存。所以大量的全局變量會(huì)額外增加內(nèi)存消耗。
綜上所述之原因，在編程規(guī)范上有一條原則，就是盡量減少全局變量的使用，能用局部變量代替的就不用全局變量。
還有一種特殊情況，在看別人程序的時(shí)候請(qǐng)注意，C語言是允許局部變量和全局變量同名的，它們定義后在內(nèi)存中占有不同的內(nèi)存單元。如果在同一源文件中，全局變量和局部變量同名，在局部變量作用域范圍內(nèi)，只有局部變量有效，全局變量不起作用，也就是說局部變量具有更高優(yōu)先級(jí)。但是從編程規(guī)范上講，是要避免全局變量與局部變量重名的，從而避免不必要的誤解和誤操作。
7.2變量的存儲(chǔ)類別
變量的存儲(chǔ)類別分為自動(dòng)、靜態(tài)、寄存器和外部這四種。其中后兩種暫不介紹，主要介紹自動(dòng)變量和靜態(tài)變量這兩種。
函數(shù)中的局部變量，如果不加static這個(gè)關(guān)鍵字來修飾，都屬于自動(dòng)變量，也叫做動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)變量。這種存儲(chǔ)類別的變量，在調(diào)用該函數(shù)的時(shí)候系統(tǒng)會(huì)給他們分配存儲(chǔ)空間，在函數(shù)調(diào)用結(jié)束后會(huì)自動(dòng)釋放這些存儲(chǔ)空間。動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)變量的關(guān)鍵字是auto，但是這個(gè)關(guān)鍵字是可以省略的。
與動(dòng)態(tài)變量對(duì)應(yīng)的就是靜態(tài)變量。首先，全局變量均是靜態(tài)變量，此外，還有一種特殊的局部變量也是靜態(tài)變量。即在定義局部變量時(shí)前邊加上static這個(gè)關(guān)鍵字，加上這個(gè)關(guān)鍵字的變量就稱之為靜態(tài)局部變量，它的特點(diǎn)是，在整個(gè)生存期中只賦一次初值，在第一次執(zhí)行該函數(shù)時(shí)，它的值就是給定的那個(gè)初值，而之后在該函數(shù)所有的執(zhí)行次數(shù)中，它的值都是上一次函數(shù)執(zhí)行結(jié)束后的值，即它可以保持前次的執(zhí)行結(jié)果。
有這樣一種情況，某個(gè)變量只在一個(gè)函數(shù)中使用，但是卻想在函數(shù)多次調(diào)用期間保持住這個(gè)變量的值而不丟失，也就是說在該函數(shù)的本次調(diào)用中該變量值的改變要依賴與上一次調(diào)用函數(shù)時(shí)的值，而不能每次都從初值開始。如果使用局部動(dòng)態(tài)變量的話，每次進(jìn)入函數(shù)后上一次的值就丟失了，它每次都從初值開始，如果定義成全局變量的話，又違背了上面提到的盡量減少全局變量的使用這條原則，那么此時(shí)，局部靜態(tài)變量就是最好的解決方案了。
比如第6章最后的例程中有一個(gè)控制數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示用的索引變量i和實(shí)現(xiàn)秒定時(shí)的計(jì)數(shù)變量cnt，當(dāng)時(shí)就是定義成了全局變量，現(xiàn)在就可以改成局部靜態(tài)變量來試試。
#include

sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表
0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0, 0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
0x80, 0x90, 0x88, 0x83, 0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E
};
unsigned char LedBuff[6] = { //數(shù)碼管顯示緩沖區(qū)，初值0xFF確保啟動(dòng)時(shí)都不亮
0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF
};
unsigned char flag1s = 0; //1秒定時(shí)標(biāo)志

void main()
{
unsigned long sec = 0; //記錄經(jīng)過的秒數(shù)

EA = 1; //使能總中斷
ENLED = 0; //使能U3，選擇控制數(shù)碼管
ADDR3 = 1; //因?yàn)樾枰獎(jiǎng)討B(tài)改變ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了
TMOD = 0x01; //設(shè)置T0為模式1
TH0 = 0xFC; //為T0賦初值0xFC67，定時(shí)1ms
TL0 = 0x67;
ET0 = 1; //使能T0中斷
TR0 = 1; //啟動(dòng)T0

while (1)
{
if (flag1s == 1) //判斷1秒定時(shí)標(biāo)志
{
flag1s = 0; //1秒定時(shí)標(biāo)志清零
sec++; //秒計(jì)數(shù)自加1
//以下代碼將sec按十進(jìn)制位從低到高依次提取并轉(zhuǎn)為數(shù)碼管顯示字符
LedBuff[0] = LedChar[sec%10];
LedBuff[1] = LedChar[sec/10%10];
LedBuff[2] = LedChar[sec/100%10];
LedBuff[3] = LedChar[sec/1000%10];
LedBuff[4] = LedChar[sec/10000%10];
LedBuff[5] = LedChar[sec/100000%10];
}
}
}
/* 定時(shí)器0中斷服務(wù)函數(shù) */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
static unsigned char i = 0; //動(dòng)態(tài)掃描的索引，定義為局部靜態(tài)變量
static unsigned int cnt = 0; //記錄T0中斷次數(shù)，定義為局部靜態(tài)變量

TH0 = 0xFC; //重新加載初值
TL0 = 0x67;
cnt++; //中斷次數(shù)計(jì)數(shù)值加1
if (cnt >= 1000) //中斷1000次即1秒
{
cnt = 0; //清零計(jì)數(shù)值以重新開始下1秒計(jì)時(shí)
flag1s = 1; //設(shè)置1秒定時(shí)標(biāo)志為1
}
//以下代碼完成數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描刷新
P0 = 0xFF; //顯示消隱
switch (i)
{
case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
default: break;
}
}
注意看程序中中斷函數(shù)里的局部變量i，為其加上了static關(guān)鍵字來修飾，就成為了靜態(tài)局部變量。它的初始化i = 0操作只進(jìn)行一次，程序執(zhí)行代碼中會(huì)進(jìn)行i++等操作，那么下次再進(jìn)入中斷函數(shù)的時(shí)候，i會(huì)保持上次中斷函數(shù)執(zhí)行完畢后的值。如果去掉static這個(gè)關(guān)鍵字，那么每次進(jìn)入中斷函數(shù)后，i都會(huì)被初始化成0，可以自己修改程序看一下實(shí)際效果是否和理論相符。

審核編輯 黃宇