由一道面试题所引出的C语言static变量特性-c++算法面试题

最近部门在准备春招笔试题时，有这样一道题目：用C/C++语言实现一个函数，给定一个int类型的整数，函数输出逆序的整数对应的字符串，例如输入1234，则输出字符串"4321",，输入-1234，则输出字符串"-4321"。题目要求，不使用标准库，以及不能分配动态内存。当时觉得蛮简单的，这不就是类似字符串逆转嘛，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，自己尝试做了一下，发现还是有一些地方值得注意。今天在此整理一下常见的坑，巩固下基础东西。

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版本一

算法思路其实很简单：使用对10取余和除法操作依次获取每一位的数字，然后根据ASSIC码转换为字符，将结果存放在一个char型数组中，***返回字符串数组结果，如下所示：

#include<stdio.h> 
 
//版本一 
const char * reverseInt(int n) 
{ 
    char str[16] = {0}; 
    int temp = n; 
    int i = 0; 
     
    if (n < 0) 
    { 
        temp = -n; 
        str[i++] = '-'; 
    } 
 
    //当temp除到是一位数的时候退出 
    while (0 != temp / 10)  
    { 
        char ch = temp % 10 + 48; 
        temp = temp / 10; 
        str[i++] = ch; 
    } 
 
    //处理原始数据的***位 
    str[i++] = temp % 10 + 48; 
 
    return str; 
} 
 
int main(int argc, char **agrv) 
{     
    int test_data1 = 12345;     
    int test_data2 = 789; 
 
    printf("[test_data1] %d--->%s\n",  
    test_data1, reverseInt(test_data1)); 
 
    printf("[test_data2] %d--->%s\n",  
    test_data2, reverseInt(test_data2));     
    return 0; 
}

发现编译出现了警告，如下：

[root@epc.baidu.com ctest]# gcc -g -o test test.c  
test.c: In function 'reverseInt': 
test.c:24:2: warning: function returns address of local variable [-Wreturn-local-addr]   
  return str;  ^

从编译器给出的信息很清楚的说明了问题：返回了一个局部变量的地址，但是我们知道，函数的局部变量是存在stack中的，当这个函数调用过程结束时，这个局部变量都是要释放掉的，自然就不可再使用了，所以就会产生这样的warning，这个是和变量的生命周期相关的。

版本二

对于版本一存在的问题，很自然的会想到有两种解决方案，***：使用malloc分配动态内存存放结果，但是题目中明确说明不能不能分配动态内存。因此自然排除掉。第二种方案就是将char result[16]改为static型：static char result[16]；对，就是这么一点改动。

#include<stdio.h> 
 
//版本二 
const char * reverseInt(int n) 
{ 
    static char str[16] = {0}; 
    int temp = n; 
    int i = 0; 
     
    if (n < 0) 
    { 
        temp = -n; 
        str[i++] = '-'; 
    } 
 
    //当temp除到是一位数的时候退出 
    while (0 != temp / 10)  
    { 
        char ch = temp % 10 + 48; 
        temp = temp / 10; 
        str[i++] = ch; 
    } 
 
    //处理原始数据的***位 
    str[i++] = temp % 10 + 48; 
 
    return str; 
} 
 
int main(int argc, char **agrv) 
{     
    int test_data1 = 12345;     
    int test_data2 = 789; 
 
    printf("[test_data1] %d--->%s\n",  
    test_data1, reverseInt(test_data1)); 
 
    printf("[test_data2] %d--->%s\n",  
    test_data2, reverseInt(test_data2));     
    return 0; 
}

运行结果如下：

[root@epc.baidu.com ctest]# ./test                 
[test_data1] 12345--->54321 
[test_data2] 789--->98721

从运行结果上看，***个测试数据其结果是正确的，但是第二个输出结果确实错误的。这是什么原因？先来回一下用static修饰所修饰的局部变量（也称静态局部变量）特点，如下：

1：静态局部变量定义时未赋初值，则默认初始化为0；

2：静态局部变量其作用域为函数或代码块，其生命周期为整个程序的运行期间；注意这两个概念不要混淆；

3：在一个进程的运行期间，静态局部变量只会初始化一次，就是***次调用该静态局部变量所在函数的时候初始化，此后再调用不会初始化。

好了，到这里，其实问题的原因已经很明显了：在上面程序中，static char str[16] = {0}只会初始化一次，既在执行reverseInt(test_data1)时初始化，执行完该语句，将结果存放到str中，此时str中的内容为54321，既str[16] = {'5','4','3','2','1','\0'}；当再次对第二个测试数进行转换调用reverseInt(test_data2)时，str仍然是上次的结果{'5','4','3','2','1','\0'}，因此在转换后为98721。

版本三

那么如何解决版本二的问题了，一个很简单的办法就是在reverseInt函数中对static变量str每次使用for循环进行初始化，如下,鉴于篇幅，就不将main函数也贴出来了：

const char * reverseInt(int n) 
{ 
    static char str[16] = {0}; 
    int temp = n; 
    int i = 0; 
    int j = 0; 
 
    for (; j < 16; j++)  
    { 
        str[j] = '\0'; 
    } 
 
    if (n < 0) 
    { 
        temp = -n; 
        str[i++] = '-'; 
    } 
 
    //当temp除到是一位数的时候退出 
    while (0 != temp / 10)  
    { 
        char ch = temp % 10 + 48; 
        temp = temp / 10; 
        str[i++] = ch; 
    } 
 
    //处理原始数据的***位 
    str[i++] = temp % 10 + 48; 
 
    return str; 
}

运行，能得到我们期望的结果了：

[root@epc.baidu.com ctest]# ./test                 
[test_data1] 12345--->54321 
[test_data2] 789--->987

其实，版本三还有很多细节需要考虑的，比如：当输入的整数超过int的范围如何处理等等，虽然是小细节，但却十分重要，大家有兴趣可以思考下练练手。