extern 的作用

Posted 2020-08-16

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？

        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，最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" ([email protected]@3HA) already defined in incl1.obj
Debug/incl.exe : fatal error LNK1169: one or more multiply defined symbols found

注意！！！

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。

        总结：

        对变量而言，如果你想在本源文件(例如文件名A)中使用另一个源文件(例如文件名B)的变量，方法有2种：(1)在A文件中必须用extern声明在B文件中定义的变量(当然是全局变量)；(2)在A文件中添加B文件对应的头文件，当然这个头文件包含B文件中的变量声明，也即在这个头文件中必须用extern声明该变量，否则，该变量又被定义一次。

       对函数而言，如果你想在本源文件(例如文件名A)中使用另一个源文件(例如文件名B)的函数，方法有2种：(1)在A文件中用extern声明在B文件中定义的函数(其实，也可省略extern，只需在A文件中出现B文件定义函数原型即可)；(2)在A文件中添加B文件对应的头文件，当然这个头文件包含B文件中的函数原型，在头文件中函数可以不用加extern。

******************************************************************************************************************************************************

       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(); 和 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> (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。