C++ extern声明变量详解


作者:littlewhite

extern声明变量无外乎如下两种:

  • 声明全局变量
  • 声明函数

今天我们只谈extern,什么const、static之类等等与之相关或不相关的一律忽略,下面就分别对以上两种情况一一讲解

声明和定义

既然提到extern声明变量,那我们就必须搞清楚声明和定义的区别。

这里我们将普通数据变量和函数统称变量。从内存分配角度来说,声明和定义的区别在于声明一个变量不会分配内存,而定义一个变量会分配内存。一个变量可以被声明多次,但是只能被定义一次。

基于以上前提,我们可以把声明和定义类比为指针和内存的关系。我们知道,指针其实就是指向内存的一个符号,变量的定义就好比一块内存区域,而声明就好比它的指针,可以有多个指针指向同一个内存区域,而一个指针只能指向一个内存区域,这样就很好理解为什么变量只能被定义一次,如果被定义多次,那就会分配多个内存,这样你通过变量的声明到底去找哪块内存区域呢,这会是个问题。

对于数据来说,声明和定义往往是同时存在的,比如下面的一行语句

int data;

这样既声明了data同时也定义了data,怎样做到只声明而不定义呢,用extern就可以了

extern int data;

对于函数来说,声明和定义就很容易区分了,一般我们会将声明放在头文件而将定义放在源文件里

void hello();

这是一个函数的声明,而

void hello()
{
    printf("hello world!\n");
}   

这是一个函数的定义。当然,函数的声明和定义也可以同时发生,如果我们没有头文件而只有源文件,并且在源文件里并没有void hello();这样的语句,那么这个函数的声明和定义就同时发生了,此时如果我们在原文件里想要调用函数hello(),你调用的代码必须在函数定义之后。

其实上面的要点只在于一句话:使用变量之前必须声明,声明可以有多次,而定义只能有一次。记住这句话,后面的就都很容易理解了。

extern声明全局变量

我们先来看如下例子,现有三个文件:test.h, test.cpp, main.cpp,其中main.cpp和test.cpp需要共享一个变量g_name,三个文件的内容如下

/* test.h */
#ifndef _TEST_H_
#define _TEST_H_

#include <string>

std::string g_name;
void hello();

#endif

/* test.cpp */
#include <stdio.h>
#include "test.h"

void hello()
{
    printf("hello %s!\n", g_name.c_str());
}

/* main.cpp */
#include "test.h"

std::string g_name;

int main()
{
    g_name = "Handy";
    hello();
    return 0;
}

三者关系为,test.cpp包含了test.h,main.cpp也包含了test.h,这里的包含其实就是include。我们执行编译命令

g++ main.cpp test.cpp

编译报错redefinition of 'g_name',说的是g_name被重定义了

我们看一下g_name出现的地方,一个是在test.h里,一个是在main.cpp里,两条语句都是std::string g_name,前面我们已经说过,这样的方式既声明也定义了变量,那g_name是如何被重定义的呢,首先我们需要理解include的含义,我们可以将include一个头文件理解为在该行展开头文件里的所有代码,由于main.cpp包含了test.h,我们在那一行将test.h的内容展开,就会发现main.cpp里有两句std::string g_name;所以在main.cpp里,g_name被定义了两次。

由于我们可以将include头文件理解为展开代码,所以编译的时候其实不需要指定头文件,只需要源文件就够了。需要注意的是,重定义并不是指在同一个原文件里定义多次,而是指在整个代码空间里,比如上面的例子是就是指在test.cpp和main.cpp里,其实上面的例子里g_name是被重定义了三次,其中test.cpp里一次,main.cpp里两次。

那上面重定义的问题怎么解决呢,很简答,将test.h里的std::string g_name;改为extern std::string g_name;就可以了,由于extern语句只声明变量而不定义变量,因此test.cpp和main.cpp展开头文件后,也只是将g_name声明了两次,而真正的定义还是在main.cpp里

extern声明函数

还是上面的例子,我们怎么在main.cpp里不包含头文件就可以调用hello函数呢,既然今天的主题是extern,不用提醒也知道,使用extern就可以了,代码如下

/* test.cpp */
#include <string>
#include <stdio.h>

extern std::string g_name;        // 声明g_name

void hello()                      // 声明和定义void hello()
{
    printf("hello %s!\n", g_name.c_str());
}

/* main.cpp */
#include <string>

std::string g_name;              // 声明和定义g_name
extern void hello();             // 声明void hello()

int main()
{
    g_name = "Handy";
    hello();
    return 0;
}

注意这里用到extern声明变量和函数两种场景,我分别在语句后面做了注释。编译命令如下

g++ main.cpp test.cpp

这里我们并没有用到头文件,但是依然可以在不同文件间共享变量和函数,这一切都是extern的功劳!

总结

要了解extern主要搞清以下几个概念:

  1. 声明和定义的区别。全局代码空间里,变量可以有多个声明,但只能有一个定义
  2. include头文件等同于展开头文件里的代码

了解了以上两点,再来分析extern的用法,是不是就会清晰很多了

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