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#include 可以包含其他头文件中变量、函数的声明,为什么还要 extern 关键字?

如果我想引用一个全局变量或函数a,我只要直接在源文件中包含 #include<xxx.h> (xxx.h包含了a的声明)不就可以了么,为什么还要用 extern 呢?

这个问题一直也是似是而非的困扰着我许久,经过实践和查找资料,有如下总结:

一、头文件

首先说下头文件,其实头文件对计算机而言没什么作用,她只是在预编译时在 #include 的地方展开一下,没别的意义了,其实头文件主要是给别人看的。

我做过一个实验,将头文件的后缀改成 xxx.txt,然后在引用该头文件的地方用 #include "xxx.txt", 编译,链接都很顺利的过去了,由此可知,头文件仅仅为阅读代码作用,没其他的作用了!

不管是C还是C++,你把你的函数,变量或者结构体,类啥的放在你的.c或者.cpp文件里。然后编译成lib,dll,obj,.o等等,然后别人用的时候,最基本的gcc hisfile.cpp yourfile.o|obj|dll|lib 等等。

但对于我们程序员而言,他们怎么知道你的lib,dll...里面到底有什么东西?要看你的头文件。你的头文件就是对用户的说明。函数,参数,各种各样的接口的说明。

那既然是说明,那么头文件里面放的自然就是关于函数,变量,类的"声明"(对函数来说,也叫函数原型)了。记着,是"声明",不是"定义"。

那么,我假设大家知道声明和定义的区别。所以,更好不要傻嘻嘻的在头文件里定义什么东西。比如全局变量:

/*xx头文件*/
#ifndef _XX_头文件.H
#define _XX_头文件.H
int A;
#endif

那么,很糟糕的是,这里的 int A 是个全局变量的定义,所以如果这个头文件被多次引用的话,你的A会被重复定义,显然语法上错了。只不过有了这个 #ifndef 的条件编译,所以能保证你的头文件只被引用一次,不过也许还是不会出岔子,但若多个 c 文件包含这个头文件时还是会出错的,因为宏名有效范围仅限于本c源文件,所以在这多个 c 文件编译时是不会出错的,但在链接时就会报错,说你多处定义了同一个变量:

Linking...
incl2.obj : error LNK2005: "int glb" (?glb@@3HA) already defined in incl1.obj
Debug/incl.exe : fatal error LNK1169: one or more multiply defined symbols found

二、extern

这个关键字真的比较可恶,在定义变量的时候,这个extern居然可以被省略(定义时,默认均省略);在声明变量的时候,这个extern必须添加在变量前,所以有时会让你搞不清楚到底是声明还是定义。或者说,变量前有extern不一定就是声明,而变量前无extern就只能是定义。注:定义要为变量分配内存空间;而声明不需要为变量分配内存空间。

下面分变量和函数两类来说:

(1)变量

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。
int a =0;    // 定义一个全局变量 a, 并给初值,

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extern int a=0;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,你就必须要声明,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。注:extern int a; 中类型 int 可省略,即 extern a; 但其他类型则不能省略。

(2)函数

函数,对于函数也一样,也是定义和声明,定义的时候用extern,说明这个函数是可以被外部引用的,声明的时候用extern说明这是一个声明。 但由于函数的定义和声明是有区别的,定义函数要有函数体,声明函数没有函数体(还有以分号结尾),所以函数定义和声明时都可以将extern省略掉,反正其他文件也是知道这个函数是在其他地方定义的,所以不加extern也行。两者如此不同,所以省略了extern也不会有问题。

比如:

/*某cpp文件*/
int fun(void)
{
      return 0;
}

很好,我们定义了一个全局函数:

/*另一cpp文件*/
int fun(void);

我们对它做了个声明,然后后面就可以用了, 加不加extern都一样, 我们也可以把对 fun 的声明放在一个头文件里,最后变成这样:

/*fun.h*/
int fun(void);   //函数声明,所以省略了extern,完整些是extern int fun(void);
/*对应的fun.cpp文件*/
int fun(void)
{
     return 0;
}//一个完整的全局函数定义,因为有函数体,extern同样被省略了。

然后,一个客户,一个要使用你的fun的客户,把这个头文件包含进去,ok,一个全局的声明。没有问题。

但是,对应的,如果是这个客户要使用全局变量,那么要extern 某某变量;不然就成了定义了。

对上述总结换一种说法:

(a)对于一个文件中调用另一个文件的全局变量,因为全局变量一般定义在原文件.c中,我们不能用#include包含源文件而只能包含头文件,所以常用的方法是用extern int a来声明外部变量。 另外一种方法是可以是在a.c文件中定义了全局变量int global_num ,可以在对应的a.h头文件中写extern int global_num ,这样其他源文件可以通过include a.h来声明她是外部变量就可以了。

(b)还有变量和函数的不同举例 int fun();extern int fun(); 都是声明(定义要有实现体)。 用 extern int fun() 只是更明确指明是声明而已。而 int a; 是定义 extern int a; 是声明。

(3)此外,extern修饰符可用于C++程序中调用c函数的规范问题。

比如在C++中调用C库函数,就需要在C++程序中用extern "C"声明要引用的函数。这是给链接器用的,告诉链接器在链接的时候用C函数规范来链接。主要原因是C++和C程序编译完成后在目标代码中命名规则不同。

C++语言在编译的时候为了解决的多态问题,会将名和参数联合起来生成一个中间的名称,而c语言则不会,因此会造成链接时找不到对应的情况,此时C就需要用extern "C"进行链接指定,这告诉编译器,请保持我的名称,不要给我生成用于链接的中间名。

三、extern和头文件的联系

这种联系也解决了最初提出的2个问题:

(a)用#include可以包含其他头文件中变量、函数的声明,为什么还要extern关键字?

(b)如果我想引用一个全局变量或函数a,我只要直接在源文件中包含#include (xxx.h包含了a的声明)不就可以了么,为什么还要用extern呢??

答案:如果一个文件(假设文件名A)要大量引用另一个文件(假设文件名B)中定义的变量或函数,则使用头文件效率更高,程序结构也更规范。其他文件(例如文件名C、D等)要引用文件名B中定义的变量或函数,则只需用#include包含文件B对应的头文件(当然,这个头文件只有对变量或函数的声明,绝不能有定义)即可。

那是一个被遗忘的年代,那时,编译器只认识.c(或.cpp)文件,而不知道.h是何物的年代。

那时的人们写了很多的.c(或.cpp)文件,渐渐地,人们发现在很多.c(或.cpp)文件中的声明变量或函数原型是相同的,但他们却不得不一个字一个字地重复地将这些内容敲入每个.c(或.cpp)文件。但更为恐怖的是,当其中一个声明有变更时,就需要检查所有的.c(或.cpp)文件,并修改其中的声明,啊~,简直是世界末日降临!

终于,有人(或许是一些人)再不能忍受这样的折磨,他(们)将重复的部分提取出来,放在一个新文件里,然后在需要的.c(或.cpp)文件中敲入#include XXXX这样的语句。这样即使某个声明发生了变更,也再不需要到处寻找与修改了---世界还是那么美好!

因为这个新文件,经常被放在.c(或.cpp)文件的头部,所以就给它起名叫做"头文件",扩展名是.h。

从此,编译器(其实是其中预处理器)就知道世上除了.c(或.cpp)文件,还有个.h的文件,以及一个叫做#include命令。

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