解析“extern”(轉)

解析“extern”
1、 聲明外部變量
現代編譯器一般採用按文件編譯的方式，因此在編譯時，各個文件中定義的全局變量是
互相透明的，也就是說，在編譯時，全局變量的可見域限制在文件內部。下面舉一個簡單的例子。創建一個工程，裏面含有A.cpp和B.cpp兩個簡單的C++源文件：
//A.cpp
int i;

void main()
{
}





//B.cpp
int i;



這兩個文件極爲簡單，在A.cpp中我們定義了一個全局變量i，在B中我們也定義了一個全局變量i。
我們對A和B分別編譯，都可以正常通過編譯，但是進行鏈接的時候，卻出現了錯誤，錯誤提示如下：
Linking...
B.obj : error LNK2005: "int i" (?i@@3HA) already defined in A.obj
Debug/A.exe : fatal error LNK1169: one or more multiply defined symbols found
Error executing link.exe.

A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)





這就是說，在編譯階段，各個文件中定義的全局變量相互是透明的，編譯A時覺察不到B中也定義了i，同樣，編譯B時覺察不到A中也定義了i。
但是到了鏈接階段，要將各個文件的內容“合爲一體”，因此，如果某些文件中定義的全局變量名相同的話，在這個時候就會出現錯誤，也就是上面提示的重複定義的錯誤。
因此，各個文件中定義的全局變量名不可相同。


在鏈接階段，各個文件的內容（實際是編譯產生的obj文件）是被合併到一起的，因而，定義於某文件內的全局變量，在鏈接完成後，它的可見範圍被擴大到了整個程序。
這樣一來，按道理說，一個文件中定義的全局變量，可以在整個程序的任何地方被使用，舉例說，如果A文件中定義了某全局變量，那麼B文件中應可以該變量。修改我們的程序，加以驗證：
//A.cpp

void main()
{
i = 100; //試圖使用B中定義的全局變量
}





//B.cpp
int i;



編譯結果如下：


Compiling...
A.cpp
C:/Documents and Settings/wangjian/桌面/try extern/A.cpp(5) : error C2065: ??i?? : undeclared identifier
Error executing cl.exe.

A.obj - 1 error(s), 0 warning(s)







編譯錯誤。
其實出現這個錯誤是意料之中的，因爲：文件中定義的全局變量的可見性擴展到整個程序是在鏈接完成之後，而在編譯階段，他們的可見性仍侷限於各自的文件。
編譯器的目光不夠長遠，編譯器沒有能夠意識到，某個變量符號雖然不是本文件定義的，但是它可能是在其它的文件中定義的。

雖然編譯器不夠遠見，但是我們可以給它提示，幫助它來解決上面出現的問題。這就是extern的作用了。
extern的原理很簡單，就是告訴編譯器：“你現在編譯的文件中，有一個標識符雖然沒有在本文件中定義，但是它是在別的文件中定義的全局變量，你要放行！”
我們爲上面的錯誤程序加上extern關鍵字：
//A.cpp

extern int i;
void main()
{
i = 100; //試圖使用B中定義的全局變量
}






//B.cpp
int i;



順利通過編譯，鏈接。


2、 在C++文件中調用C方式編譯的函數

C方式編譯和C++方式編譯
相對於C，C++中新增了諸如重載等新特性，對於他們的編譯，必然有一些重要的區別。
我們將下面的小程序分別按C和C++方式編譯，來探討兩種編譯方式的區別。
int i;

int func(int t)
{
return 0;
}

void main()
{
}








以C方式編譯的結果：
COMM _i : DWORD

PUBLIC _func

PUBLIC _main





以C++方式編譯的結果：
PUBLIC ?i@@3HA ; i

PUBLIC ?func@@YAHH@Z ; func

PUBLIC _main





可見，C方式編譯下，變量名和函數名之前被統一加上了一個下劃線，而C++編譯後的結果卻複雜的多，i變成了?i@@3HA，func變成了?func@@YAHH@Z。C++中的這種看似複雜的命名規則是爲C++中的函數重載，參數檢查等特性服務的。

多文件程序中的函數調用
一般情況下，工程中的文件都是CPP文件（以及頭文件）。如下面的程序僅包含兩個文件：A.CPP和B.CPP：
//A.CPP
void func();

void main()
{
func();
}





//B.CPP
void func()
{
}




程序的結構是這樣的：在文件B.CPP中定義了一個函數void func()，main函數位於文件A.CPP，在main函數中調用了B中定義的函數func()。
要在A中調用B中定義的函數，必須要加上該函數的聲明。如本例中的void func();就是對函數func()的聲明。
如果沒有聲明的話，編譯A.CPP時就會出錯。因爲編譯器的目光只侷限於被編譯文件，必須通過加入函數聲明來告訴編譯器：“某個函數是定義在其它的文件中的，你要放行！”，這一點跟用extern來聲明外部全局變量是一個道理。
需要注意的是，一般的程序都是通過包含頭文件來完成函數的聲明。拿本例來說，一般是創建一個頭文件B.H，在頭文件中加入聲明語句void func(); 並且在A.CPP中加入包含語句：#include “B.H”。
在C++程序中，頭文件的功能從函數聲明被擴展爲類的定義。

不同編譯方式下的函數調用
如果在工程中，不僅有CPP文件，還有以C方式編譯的C文件，函數調用就會有一些微妙之處。我們將B.CPP改作B.C：



//A.CPP
void func();

void main()
{
func();
}






//B.C
void func()
{
}




對A.CPP和B.C分別編譯，都沒有問題，但是鏈接時出現錯誤。
Linking...
A.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "void __cdecl func(void)" (?func@@YAXXZ)
Debug/A.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals
Error executing link.exe.

A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)





原因就在於不同的編譯方式產生的衝突。

對於文件A，是按照C++的方式進行編譯的，其中的func()調用被編譯成了
call ?func1@@YAXXZ


如果B文件也是按照C++方式編譯的，那麼B中的func函數名也會被編譯器改成?func1@@YAXXZ，這樣的話，就沒有任何問題。
但是現在對B文件，是按照C方式編譯的，B中的func函數名被改成了_func，這樣一來，A中的call ?func1@@YAXXZ這個函數調用就沒有了着落，因爲在鏈接器看來，B文件中沒有名爲?func1@@YAXXZ的函數。
事實是，我們編程者知道，B文件中有A中調用的func函數的定義，只不過它是按照C方式編譯的，故它的名字被改成了_func。因而，我們需要通過某種方式告訴編譯器：“B中定義的函數func()經編譯後命名成了_func，而不是?func1@@YAXXZ，你必須通過call _func來調用它，而不是call ?func1@@YAXXZ。”簡單的說，就是告訴編譯器，調用的func()函數是以C方式編譯的，fun();語句必須被編譯成call _func;而不是call ?func1@@YAXXZ。

我們可以通過extern關鍵字，來幫助編譯器解決上面提到的問題。
對於本例，只需將A.CPP改成如下即可：
//A.CPP
extern "C"
{
void func();
}
void main()
{
func();
}








察看彙編代碼，發現此時的func();語句被編譯成了call _func。
3、 補充
同2一樣，仍然是C，C++混合編程的情形，考慮下面的程序：
//A.CPP

extern int i;

void main()
{
i = 100;
}







//B.C
int i;


程序很簡單：在文件B.C中定義了一個全局變量i，在A.CPP中使用了這個全局變量。
編譯沒有問題，鏈接時卻出現錯誤：
Linking...
A.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "int i" (?i@@3HA)
Debug/A.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals
Error executing link.exe.

A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)






這是因爲，在C方式編譯下，i被重命名爲_i，而在C++方式下，i會被重命名爲?i@@3HA。
因而，我們只用extern int i;來聲明還不夠，必須告訴編譯器，全局變量i是以C方式編譯的，
它會被重命名爲_i，而不是?i@@3HA。

我們修改A.CPP，如下：
//A.CPP

extern "C"
{
int i;
}
void main()
{

i = 100;
}









程序正常通過編譯和鏈接。
我們察看一下彙編代碼，發現語句i = 100;被編譯成了mov DWORD PTR _i, 100。