static和extern

一些基本概念：

1. 编译单元(模块)：
    在IDE开发工具大行其道的今天，对于编译的一些概念很多人已经不再清楚了，很多程序员最怕的就是处理连接错误(LINK ERROR), 因为它不像编译错误那样可以给出你程序错误的具体位置，你常常对这种错误感到懊恼，但是如果你经常使用gcc，makefile等工具在linux或者嵌 入式下做开发工作的话，那么你可能非常的理解编译与连接的区别！当在VC这样的开发工具上编写完代码，点击编译按钮准备生成exe文件时，VC其实做了两 步工作，第一步，将每个.cpp(.c)和相应.h文件编译成obj文件；第二步，将工程中所有的obj文件进行LINK生成最终的.exe文件，那么错 误就有可能在两个地方产生，一个是编译时的错误，这个主要是语法错误，另一个是连接错误，主要是重复定义变量等。我们所说的编译单元就是指在编译阶段生成 的每个obj文件，一个obj文件就是一个编译单元，也就是说一个cpp(.c)和它相应的.h文件共同组成了一个编译单元，一个工程由很多个编译单元组 成，每个obj文件里包含了变量存储的相对地址等 。

2. 声明与定义的区别
    函数或变量在声明时，并没有给它实际的物理内存空间，它有时候可以保证你的程序编译通过， 但是当函数或变量定义的时候，它就在内存中有了实际的物理空间，如果你在编译模块中引用的外部变量没有在整个工程中任何一个地方定义的话， 那么即使它在编译时可以通过，在连接时也会报错，因为程序在内存中找不到这个变量！你也可以这样理解， 对同一个变量或函数的声明可以有多次，而定义只能有一次!

3. extern的作用
    extern有两个作用，第一个,当它与"C"一起连用时，如: extern "C" void fun(int a, int b); 则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的， C++的规则在翻译这个函数名时会把fun这个名字变得面目全非，可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是别的，这要看编译器的"脾气"了 (不同的编译器采用的方法不一样)，为什么这么做呢，因为C++支持函数的重载啊，在这里不去过多的论述这个问题，如果你有兴趣可以去网上搜索，相信你可 以得到满意的解释!
    当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时，如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字，其声明的函数和变量可以在本模块或者其他模块中使用，记住它是一个声明不是定义!也就是说B模块(编译 单元)要是引用模块(编译单元)A中定义的全局变量或函数时，它只要包含A模块的头文件即可, 在编译阶段，模块B虽然找不到该函数或变量，但它不会报错，它会在连接时从模块A生成的目标代码中找到此函数。

    如果你对以上几个概念已经非常明白的话，那么让我们一起来看以下几种全局变量/常量的使用区别:

1. 用extern修饰的全局变量

//test1.h
#ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    extern char g_str[]; // 声明全局变量g_str
    void fun1();
#endif

//test1.cpp
char g_str[] = "123456"; // 定义全局变量g_str

void fun1()
{
    cout << g_str << endl;
}

以上是test1模块， 它的编译和连接都可以通过,如果我们还有test2模块也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了#include "test1.h"

 #include "test1.h"
 void fun2()
 {
     cout << g_str << endl;
 }

      以上test1和test2可以同时编译连接通过，如果你感兴趣的话可以用ultraEdit打开test1.obj,你可以在里面着"123456"这 个字符串,但是你却不能在test2.obj里面找到，这是因为g_str是整个工程的全局变量，在内存中只存在一份, test2.obj这个编译单元不需要再有一份了，不然会在连接时报告重复定义这个错误!

    有些人喜欢把全局变量的声明和定义放在一起，这样可以防止忘记了定义，如把上面test1.h改为
    extern char g_str[] = "123456"; // 这个时候相当于没有extern
    然后把test1.cpp中的g_str的定义去掉,这个时候再编译连接test1和test2两个模块时，会报连接错误，这是因为你把全局变量 g_str的定义放在了头文件之后，test1.cpp这个模块包含了test1.h所以定义了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定义了g_str, 这个时候连接器在连接test1和test2时发现两个g_str。如果你非要把g_str的定义放在test1.h中的话，那么就把test2的代码 中#include "test1.h"去掉 换成:
    extern char g_str[];
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    这个时候编译器就知道g_str是引自于外部的一个编译模块了，不会在本模块中再重复定义一个出来，但是我想说这样做非常糟糕，因为你由于无法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那么test1.h中声明的其他函数你也无法使用了，除非也用都用extern修饰，这样的话你光声明的函数就要一大串，而且头文件的作用就是要给外部提 供接口使用的，所以 请记住， 只在头文件中做声明，真理总是这么简单。

2. 用static修饰的全局变量
    首先，我要告诉你static与extern是一对“水火不容”的家伙，也就是说extern和static不能同时修饰一个变量；其次，static修 饰的全局变量声明与定义同时进行，也就是说当你在头文件中使用static声明了全局变量后，它也同时被定义了；最后，static修饰全局变量的作用域 只能是本身的编译单元，也就是说它的“全局”只对本编译单元有效，其他编译单元则看不到它,如:

    //test1.h:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    static char g_str[] = "123456"; 
    void fun1();
    #endif
    test1.cpp:
    #include "test1.h"
    
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    
    //test2.cpp
    #include "test1.h"
    
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }

      以上两个编译单元可以连接成功, 当你打开test1.obj时，你可以在它里面找到字符串"123456", 同时你也可以在test2.obj中找到它们，它们之所以可以连接成功而没有报重复定义的错误是因为虽然它们有相同的内容，但是存储的物理地址并不一样， 就像是两个不同变量赋了相同的值一样，而这两个变量分别作用于它们各自的编译单元。

    也许你比较较真，自己偷偷的跟踪调试上面的代码,结果你发现两个编译单元（test1, test2）的g_str的内存地址相同，于是你下结论static修饰的变量也可以作用于其他模块，但是我要告诉你，那是你的编译器在欺骗你，大多数编 译器都对代码都有优化功能，以达到生成的目标程序更节省内存，执行效率更高，当编译器在连接各个编译单元的时候，它会把相同内容的内存只拷贝一份，比如上 面的"123456", 位于两个编译单元中的变量都是同样的内容，那么在连接的时候它在内存中就只会存在一份了， 如果你把上面的代码改成下面的样子，你马上就可以拆穿编译器的谎言:

    //test1.cpp:
    #include "test1.h"
    
    void fun1()
    {
        g_str[0] = 'a';
        cout << g_str << endl;
    }

    //test2.cpp
    #include "test1.h"
    
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    
    void main()
    {
        fun1(); // a23456
        fun2(); // 123456
    }

    这个时候你在跟踪代码时，就会发现两个编译单元中的g_str地址并不相同，因为你在一处修改了它，所以编译器被强行的恢复内存的原貌，在内存中存在了两份拷贝给两个模块中的变量使用。

    正是因为static有以上的特性，所以一般定义static全局变量时，都把它放在原文件中而不是头文件，这样就不会给其他模块造成不必要的信息污染，同样记住这个原则吧！

一、static和extern

文件a.c
static int i; //只在a文件中用
int j;   //在工程里用
static void init()         //只在a文件中用
{
}
void callme()          //在工程中用
{
   static int sum;
}

      上面的全局i变量和init()函数只能用在a.c文件中,全局变量sum的作用域只在callme里。变量j和函数callme()的全局限扩充到整个工程文件。所以可以在下面的b.c中用extern关键字调用。extern告诉编译器这个变量或者函数在其他文件里已经被定义了。

文件b.c
extern int j;    //调用a文件里的
extern void callme();  //调用a文件里的
int main()
{
  ...
}

extern的另外用法是当C和C++混合编程时如果c++调用的是c源文件定义的函数或者变量，那么要加extern来告诉编译器用c方式命名函数：

文件A.cpp调用a.c里面的变量i和函数callme()
extern "C"  //在c++文件里调用c文件中的变量
{
   int j;
   void callme();
}
int main()
{
   callme();
}

二，static法则：
    A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度;
    B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；
    C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；

三、char a[]不等于char *a

在一个源文件里定义了一个数组：char a[6];

在另外一个文件里用下列语句进行了声明：extern char *a；

请问，这样可以吗？

答案与分析：

不可以，程序运行时会告诉你非法访问。原因在于，指向类型T的指针并不等价于类型T的数组。extern char *a声明的是一个指针变量而不是字符数组，因此与实际的定义不同，从而造成运行时非法访问。应该将声明改为extern char a[ ]。

 

 

 extern 这个关键字真的比较可恶，在定义（函数）的时候，这个extern居然可以被省略，所以会让你搞不清楚到底是声明还是定义，下面分变量和函数两类来说：

尤其是对于变量来说。

extern int a;//声明一个全局变量a

int a; //定义一个全局变量a

extern int a =0 ;//定义一个全局变量a 并给初值。一旦给予赋值，一定是定义，定义才会分配存储空间。

int a =0;//定义一个全局变量a,并给初值，

声明之后你不能直接使用这个变量，需要定义之后才能使用。

第四个等于第三个，都是定义一个可以被外部使用的全局变量，并给初值。

糊涂了吧，他们看上去可真像。但是定义只能出现在一处。也就是说，不管是int a;还是int a=0;都只能出现一次，而那个extern int a可以出现很多次。当你要引用一个全局变量的时候，你就要声明extern int a;这时候extern不能省略，因为省略了，就变成int a;这是一个定义，不是声明。

 

被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的；

未加extern “C”声明时的编译方式

首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。

作为一种面向对象的语言，C++支持函数重载，而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如，假设某个函数的原型为：

void foo( int x, int y );

该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为“mangled name”）。

_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息，C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如，在C++中，函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的，后者为_foo_int_float。

同样地，C++中的变量除支持局部变量外，还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名，我们以"."来区分。而本质上，编译器在进行编译时，与函数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。

未加extern "C"声明时的连接方式

假设在C++中，模块A的头文件如下：

// 模块A头文件　moduleA.h

#ifndef MODULE_A_H

#define MODULE_A_H

int foo( int x, int y );

#endif

在模块B中引用该函数：

// 模块B实现文件　moduleB.cpp

#include "moduleA.h"

foo(2,3);

实际上，在连接阶段，连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号！

加extern "C"声明后的编译和连接方式

加extern "C"声明后，模块A的头文件变为：

// 模块A头文件　moduleA.h

#ifndef MODULE_A_H

#define MODULE_A_H

extern "C" int foo( int x, int y );

#endif

在模块B的实现文件中仍然调用foo( 2,3 )，其结果是：

（1）模块A编译生成foo的目标代码时，没有对其名字进行特殊处理，采用了C语言的方式；

（2）连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时，寻找的是未经修改的符号名_foo。

如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型，而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，则模块B找不到模块A中的函数；反之亦然。

所以，可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的（任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时，不能只停留在这个语言是怎么做的，还要问一问它为什么要这么做，动机是什么，这样我们可以更深入地理解许多问题）

 

 

extern "C"的惯用法

（1）在C++中引用C语言中的函数和变量，在包含C语言头文件（假设为cExample.h）时，需进行下列处理：

extern "C"

{

#include "cExample.h"

}

而在C语言的头文件中，对其外部函数只能指定为extern类型，C语言中不支持extern "C"声明，在.c文件中包含了extern "C"时会出现编译语法错误。

笔者编写的C++引用C函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

/*c语言头文件：cExample.h */

#ifndef C_EXAMPLE_H

#define C_EXAMPLE_H

extern int add(int x,int y);

#endif

/*c语言实现文件：cExample.c */

#include "cExample.h"

int add( int x, int y )

{

return x + y;

}

//c++实现文件，调用add：cppFile.cpp

extern "C"

{

#include "cExample.h"

}

int main(int argc, char* argv[])

{

add(2,3);

return 0;

}

如果C++调用一个C语言编写的.DLL时，当包括.DLL的头文件或声明接口函数时，应加extern "C" {　}。

（2）在C++引用C语言中的函数和变量时，C++的头文件需添加extern "C"，但是在C语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件，应该仅将C文件中将C++中定义的extern "C"函数声明为extern类型。

笔者编写的C引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

//C++头文件 cppExample.h

#ifndef CPP_EXAMPLE_H

#define CPP_EXAMPLE_H

extern "C" int add( int x, int y );

#endif

//C++实现文件 cppExample.cpp

#include "cppExample.h"

int add( int x, int y )

{

return x + y;

}

/* C实现文件 cFile.c

/* 这样会编译出错：#include "cppExample.h" */

extern int add( int x, int y );

int main( int argc, char* argv[] )

{

add( 2, 3 );

return 0;

}