C++中的definition & declaration的区别，涉及到extern关键字

有关这两者的区别和联系，之前其实一直都非常的模糊，特别是extern关键字。这次读C++ Primer，在第二章正好读到，于是好好理解了一次，而且做了一些代码测试。结论是这样的：

1. definition只能用于变量，也就是定义一个变量，此时，变量的内存空间会被分配。诸如int i, int i = 10这样的都是definition，因为i变量会被分配内存。

2. declaration可以用于变量或类型（比如声明一个struct，但是不定义变量），如果用于变量，该变量不会被分配内存，而且前面必须加上 extern（表示这个变量的definition不是在这里，而且在其他地方，所以是extern）；如果是类型，那就没什么好说的了，本来类型就不需 要分配内存，只有变量才需要内存，如果在类型的声明的前面加上extern，也是可以的，只不过这样做没有任何意义。注意：如果这样写：extern int i = 10; ，那么，这也是definition，因为给i赋值了，extern就和没加一样。

3. 无论整个Program有多少个源文件，代码量有多大，一个变量只能被definition一次，但是declaration不限次数。

注：说到这里，有关function方法的定义和声明，也是类似的。一般来说，如果没有写出方法中的代码，那么，这就是declaration， 如果写出了代码，那么就是对方法的definition了。所以，一般在头文件中写一个方法的declaration，比如void print_sth();，然后在源文件中写出方法的实现即可。只不过在这里，void print_sth();和extern void print_sth();效果是一样的，加不加extern都一样。

4. 综合以上三点，如果我们在一个a.cc中定义了一个全局变量int i，那么在b.cc中如果想使用这个i，那么，必须声明成extern int i才可以，如果也写int i，那就是重复definition。说 到这里，我在学习的时候就有一个疑问了：如果说，我们把int i这句代码写在一个名为common.h的头文件中，然后前面加上条件编译，最后这个头文件被a.cc和b.cc都include，这样a.cc和 b.cc中不就不需要extern int i这样的代码不就可以使用i了么？事实上，经过试验，这样的想法是极端错误的。

测试代码可以这样构建：common.h

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#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

int i = 10;

void print_sth();

#endif

a.cc这样：

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

int main()
{
    cout << "i is: " << i << endl;
    print_sth();
    return 0;
}

b.cc这样：

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

void print_sth()
{
    cout << "i in b.cc is: " << i << endl;
}

然后编译: g++ -o test a.cc b.cc，出现错误：
/tmp/ccDYjlJE.o(.data+0x0): multiple definition of `i'
/tmp/ccNz3Dvy.o(.data+0x0): first defined here
collect2: ld returned 1 exit status

为什么会出现这样的错误呢？这里面有一个概念没有搞清楚：

A. 以为使用条件编译可以让 int i = 10; 这句代码只执行一次。事实上，我们通过这个命令行：g++ -E a.cc b.cc >& output ，这个命令行是让g++在做完预处理之后就停止，然后将预处理的结果打印到屏幕，然后我们打开output文件，在里面，我们会发现int i = 10;这句代码出现了两次。所以，结论就是：条件编译只在一个源文件中生效，换句话说，通过使用条件编译，我们可以保证在一个源文件中，不会产生多余的 include，但是，在多个源文件中，条件编译是无效的。注意：一个小知识点，g++的-E option不要和-o option连用，否则会导致输出的预处理后的代码不完整。

所以，上面的代码是错误的。根据上面的例子，我们又可以总结一些东西了，接着上面的第四点：

5. 在头文件中(.h文件中)，一般我们只写declaration，所以，在头文件中，我们一般做的是：定义类型（各种struct，typedef等）， 定义函数（前面说过了，没有代码的函数声明是declaration）。如果要在头文件中定义变量，那么，必须保证以下两点中的一点：

a）这个头文件只会被一个源文件include

b）将这个变量定义变成声明，也就是前面加上extern，然后在一个且只能有一个源文件中对该变量做definition

如果不是这样，那就必然出现multiple definition。任何源文件想要引用其他源文件中或头文件中定义的变量，必须要使用extern，表示该变量不是在当前源文件中definition的。当然，前提条件是这个变量是全局变量（废话 ）。

所以，前面给出的那个测试例子，可以这样修改就OK了。在common.h中：

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#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

void print_sth();

#endif

a.cc:

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

int i = 10;

int main()
{
    cout << "i is: " << i << endl;
    print_sth();
    return 0;
}

b.cc:

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

extern int i;

void print_sth()
{
    i = 20;
    cout << "i in b.cc is: " << i << endl;
}

这样就OK了，程序编译通过，输出是：
i is: 10
i in b.cc is: 20

或者直接在common.h中，将 int i = 10; 改成extern int i；然后在a.cc中做definition：int i = 10; ，这样也是可以的。