C/C++中static和extern小結

static和extern是C/C++中和函數的聲明有關的兩個關鍵字，特別是涉及到全局變量時，所以做此總結。

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1. static關鍵字

1.1 函數和變量聲明（C/C++）

1. static全局變量：

   當聲明一個static全局變量，則表示靜態全局變量，和其他變量一樣，存放在.data（初始化了）或者.bss（未初始化）內，但只在定義它的源文件中有效，其餘文件無法訪問它。

2. static局部變量：

   具有以下特點：

   • 函數中聲明一個static局部變量，不分配在堆或者棧上，也分配在.data（不分配在.bss）上

   • 雖然是局部變量，整個進程生命週期都存在，不被釋放。

   • 雖然一直存在，其餘函數不能訪問，其餘源文件更不能

   • 會被自動初始化（所以不在.bss）上（普通局部變量不會，普通全局變量會自動初始化）

   • 更進一步，每次調用這個變量時，其初始值都是上一次調用時修改的結果

3. static函數：

   類似面向對象中private封裝，其只能被所定義的源文件調用，不能再其他源文件中調用（即使包含頭文件。。。。）

1.2 類成員的static（C++）

1. 所有對象共有數據成員或者成員函數，類的靜態成員，在類創建時就存在（不需要對象）。

2. static關鍵字只能用於類內部的聲明，不能用於類外部的定義。

3. static成員函數沒有this形參（因爲不屬於某個對象），可以直接訪問static數據成員，不能直接使用非static成員。

4. static成員函數不能聲明爲const，因爲const成員函數真正的含義是不修改該成員函數所屬的對象，而static成員函數不屬於任何對象。

5. 同上，static成員函數不能聲明爲虛函數！

6. static不是對象的組成部分，只是類的組成部分

2. extern關鍵字

1. extern關鍵字常用於頭文件中變量的聲明，表示這個變量的定義在其他文件中的全局變量，提示編譯器當遇到這個變量時，在其他文件中查找。

2. 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不透明的。也就是說，在編譯時，全局變量的可見域限制在文件內部。

   • 編譯階段是對各個文件進行單獨編譯，所以不會出錯，鏈接階段則出現了衝突，因爲都是全局變量，變量名也一樣
   • 需要注意的是，此時兩個文件並沒有使用include包含，只是一同編譯。（如果使用include包含，則不需extern）

3. 結合static來說，舉例說明：

a.cpp如下：

int i = 1;

b.cpp如下：

#include <iostream>
using namespace std;

extern int i;
int main() {
    int a = i + 1；
    cout << a << endl;
    }   

編譯：

g++ -O0 -std=c++11 -o run ./a.cpp b.cpp
./run

結果：

2

• 如果將b.cpp中extern去掉，則因爲i在a.cpp中已經定義爲了全局變量，當兩個文件編譯後進行鏈接時，會產生衝突，報錯如下：

/tmp/ccednFyK.o:(.data+0x0): multiple definition of `i'

• 如果將a.cpp中變量i加上static，同樣出錯，因爲static限制了i只能在a.cpp中使用，報錯如下：

b.cpp:(.text+0xa): undefined reference to `i'

值得注意的是：

C++將聲明和定義分開就是爲了防止重複編譯導致大量不必要的開銷，所以採用了“一處定義，多處聲明”的策略，也就是頭文件中只包含聲明，將定義放在同名的代碼源文件中。

Essential C++中強調了const object和inline函數是“一次定義”的例外：

• inline函數因爲需要編譯器對其進行展開，所以需要編譯器在每個函數的調用點上都需要知悉函數的定義，所以常常將inline函數置於頭文件中。

• const object因爲一出文件之外便不可見（const關鍵字的特性），所以需要頭文件中進行定義（因爲include頭文件，所以可以調用）

  • 如果希望在其他文件中調用（非include包含）const全局變量，需要在變量的定義時顯示聲明爲extern。這樣在其他文件中，通過extern可以調用這個全局const object。（其實，非const的普通全局變量默認就是extern的）。

// a.cpp
extern const int i = 1;
int j = 2;
const int k = 3;

// b.cpp
extern const int i;
extern int j;
extern const in k;
int num = i + 1;     // OK
int num = j + 1;     // OK
int num = k + 1;     // ERROR