extern 與頭文件(.h)的區別

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個人認爲有一些道理:所以轉過來學習了。

用#include可以包含其他頭文件中變量、函數的聲明,爲什麼還要extern關鍵字?

        如果我想引用一個全局變量或函數a,我只要直接在源文件中包含#include<xxx.h> (xxx.h包含了a的聲明)不就可以了麼,爲什麼還要用extern呢??

       這個問題一直也是似是而非的困擾着我許久,經過實踐和查找資料,有如下總結:

一、頭文件

        首先說下頭文件,其實頭文件對計算機而言沒什麼作用,她只是在預編譯時在#include的地方展開一下,沒別的意義了,其實頭文件主要是給別人看的。

         我做過一個實驗,將頭文件的後綴改成xxx.txt,然後在引用該頭文件的地方用

#include"xxx.txt"

         編譯,鏈接都很順利的過去了,由此可知,頭文件僅僅爲閱讀代碼作用,沒其他的作用了!

        不管是C還是C++,你把你的函數,變量或者結構體,類啥的放在你的.c或者.cpp文件裏。然後編譯成lib,dll,obj,.o等等,然後別人用的時候,最基本的gcc hisfile.cpp yourfile.o|obj|dll|lib 等等。
       但對於我們程序員而言,他們怎麼知道你的lib,dll...裏面到底有什麼東西?要看你的頭文件。你的頭文件就是對用戶的說明。函數,參數,各種各樣的接口的說明。
        那既然是說明,那麼頭文件裏面放的自然就是關於函數,變量,類的“聲明”(對函數來說,也叫函數原型)了。記着,是“聲明”,不是“定義”。

       那麼,我假設大家知道聲明和定義的區別。所以,最好不要傻嘻嘻的在頭文件裏定義什麼東西。比如全局變量:
/*xx頭文件*/
#ifndef _XX_頭文件.H
#define _XX_頭文件.H
int A;
#endif

        那麼,很糟糕的是,這裏的int A是個全局變量的定義,所以如果這個頭文件被多次引用的話,你的A會被重複定義,顯然語法上錯了。只不過有了這個#ifndef的條件編譯,所以能保證你的頭文件只被引用一次,不過也許還是不會出岔子,但若多個c文件包含這個頭文件時還是會出錯的,因爲宏名有效範圍僅限於本c源文件,所以在這多個c文件編譯時是不會出錯的,但在鏈接時就會報錯,說你多處定義了同一個變量,

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

注意!!!

二、extern

        這個關鍵字真的比較可惡,定義變量的時候,這個extern居然可以被省略(定義時,默認均省略);在聲明變量的時候,這個extern必須添加在變量前,所以有時會讓你搞不清楚到底是聲明還是定義。或者說,變量前有extern不一定就是聲明,而變量前無extern就只能是定義。注:定義要爲變量分配內存空間;而聲明不需要爲變量分配內存空間。

     下面分變量和函數兩類來說:

(1)變量

尤其是對於變量來說。
extern int a;//聲明一個全局變量a
int a; //定義一個全局變量a

extern int a =0 ;//定義一個全局變量a 並給初值。
int a =0;//定義一個全局變量a,並給初值,

        第四個 等於 第 三個,都是定義一個可以被外部使用的全局變量,並給初值。
       糊塗了吧,他們看上去可真像。但是定義只能出現在一處。也就是說,不管是int a;還是extern int a=0;還是int a=0;都只能出現一次,而那個extern int a可以出現很多次。

        當你要引用一個全局變量的時候,你就必須要聲明,extern int a; 這時候extern不能省略,因爲省略了,就變成int a;這是一個定義,不是聲明。注:extern int a; 中類型int可省略,即extern a; 但其他類型則不能省略。

(2)函數
       函數,對於函數也一樣,也是定義和聲明,定義的時候用extern,說明這個函數是可以被外部引用的,聲明的時候用extern說明這是一個聲明。 但由於函數的定義和聲明是有區別的,定義函數要有函數體,聲明函數沒有函數體(還有以分號結尾),所以函數定義和聲明時都可以將extern省略掉,反正其他文件也是知道這個函數是在其他地方定義的,所以不加extern也行。兩者如此不同,所以省略了extern也不會有問題。
    比如:
/*某cpp文件*/
int fun(void)
{
      return 0;
}

很好,我們定義了一個全局函數
/*另一cpp文件*/
int fun(void);
我們對它做了個聲明,然後後面就可以用了
加不加extern都一樣
我們也可以把對fun的聲明 放在一個頭文件裏,最後變成這樣
/*fun.h*/
int fun(void);   //函數聲明,所以省略了extern,完整些是extern int fun(void);
/*對應的fun.cpp文件*/
int fun(void)
{
     return 0;
}//一個完整的全局函數定義,因爲有函數體,extern同樣被省略了。
       然後,一個客戶,一個要使用你的fun的客戶,把這個頭文件包含進去,ok,一個全局的聲明。沒有問題。
但是,對應的,如果是這個客戶要使用全局變量,那麼要extern 某某變量;不然就成了定義了。

        總結:

        對變量而言,如果你想在本源文件(例如文件名A)中使用另一個源文件(例如文件名B)的變量,方法有2種:(1)在A文件中必須用extern聲明在B文件中定義的變量(當然是全局變量);(2)在A文件中添加B文件對應的頭文件,當然這個頭文件包含B文件中的變量聲明,也即在這個頭文件中必須用extern聲明該變量,否則,該變量又被定義一次。

       對函數而言,如果你想在本源文件(例如文件名A)中使用另一個源文件(例如文件名B)的函數,方法有2種:(1)在A文件中用extern聲明在B文件中定義的函數(其實,也可省略extern,只需在A文件中出現B文件定義函數原型即可);(2)在A文件中添加B文件對應的頭文件,當然這個頭文件包含B文件中的函數原型,在頭文件中函數可以不用加extern。

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       對上述總結換一種說法:

         (a)對於一個文件中調用另一個文件的全局變量,因爲全局變量一般定義在原文件.c中,我們不能用#include包含源文件而只能包含頭文件,所以常用的方法是用extern  int a來聲明外部變量。   另外一種方法是可以是在a.c文件中定義了全局變量int global_num ,可以在對應的a.h頭文件中寫extern int global_num ,這樣其他源文件可以通過include a.h來聲明她是外部變量就可以了。

      (b)還有變量和函數的不同舉例

          int fun(); 和 extern int fun(); 都是聲明(定義要有實現體)。  用extern int  fun()只是更明確指明是聲明而已。

          而 int a;   是定義      

               extern int a; 是聲明。

(3)此外,extern修飾符可用於C++程序中調用c函數的規範問題。

 比如在C++中調用C庫函數,就需要在C++程序中用extern “C”聲明要引用的函數。這是給鏈接器用的,告訴鏈接器在鏈接的時候用C函數規範來鏈接。主要原因是C++和C程序編譯完成後在目標代碼中命名規則不同。

C++語言在編譯的時候爲了解決的多態問題,會將名和參數聯合起來生成一箇中間的名稱,而c語言則不會,因此會造成鏈接時找不到對應的情況,此時C就需要用extern “C”進行鏈接指定,這告訴編譯器,請保持我的名稱,不要給我生成用於鏈接的中間名。

三、extern和頭文件的聯繫
        這種聯繫也解決了最初提出的2個問題:

(a)用#include可以包含其他頭文件中變量、函數的聲明,爲什麼還要extern關鍵字?

       (b)如果我想引用一個全局變量或函數a,我只要直接在源文件中包含#include<xxx.h> (xxx.h包含了a的聲明)不就可以了麼,爲什麼還要用extern呢??

         答案:如果一個文件(假設文件名A)要大量引用另一個文件(假設文件名B)中定義的變量或函數,則使用頭文件效率更高,程序結構也更規範。其他文件(例如文件名C、D等)要引用文件名B中定義的變量或函數,則只需用#include包含文件B對應的頭文件(當然,這個頭文件只有對變量或函數的聲明,絕不能有定義)即可。

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       那是一個被遺忘的年代,那時,編譯器只認識.c(或.cpp)文件,而不知道.h是何物的年代。
       那時的人們寫了很多的.c(或.cpp)文件,漸漸地,人們發現在很多.c(或.cpp)文件中的聲明變量或函數原型是相同的,但他們卻不得不一個字一個字地重複地將這些內容敲入每個.c(或.cpp)文件。但更爲恐怖的是,當其中一個聲明有變更時,就需要檢查所有的.c(或.cpp)文件,並修改其中的聲明,啊~,簡直是世界末日降臨!
       終於,有人(或許是一些人)再不能忍受這樣的折磨,他(們)將重複的部分提取出來,放在一個新文件裏,然後在需要的.c(或.cpp)文件中敲入#include   XXXX這樣的語句。這樣即使某個聲明發生了變更,也再不需要到處尋找與修改了---世界還是那麼美好!
        因爲這個新文件,經常被放在.c(或.cpp)文件的頭部,所以就給它起名叫做“頭文件”,擴展名是.h.
        從此,編譯器(其實是其中預處理器)就知道世上除了.c(或.cpp)文件,還有個.h的文件,以及一個叫做#include命令。


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