解析“extern”

 

原文：http://blog.csdn.net/keensword/article/details/401114

 

1、 声明外部变量

 

现代编译器一般采用按文件编译的方式，因此在编译时，各个文件中定义的全局变量是

 

互相透明的，也就是说，在编译时，全局变量的可见域限制在文件内部。下面举一个简单的例子。创建一个工程，里面含有A.cpp和B.cpp两个简单的C++源文件：

 

//A.cpp  
  
int i;  
void main()  
{  
  
}  

 

//B.cpp  
int i; 

 

 

这两个文件极为简单，在A.cpp中我们定义了一个全局变量i，在B中我们也定义了一个全局变量i。我们对A和B分别编译，都可以正常通过编译，但是进行链接的时候，却出现了错误，错误提示如下：

 

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)  

 

 

这就是说，在编译阶段，各个文件中定义的全局变量相互是透明的，编译A时觉察不到B中也定义了i，同样，编译B时觉察不到A中也定义了i。但是到了链接阶段，要将各个文件的内容“合为一体”，因此，如果某些文件中定义的全局变量名相同的话，在这个时候就会出现错误，也就是上面提示的重复定义的错误。因此，各个文件中定义的全局变量名不可相同。 

   在链接阶段，各个文件的内容（实际是编译产生的obj文件）是被合并到一起的，因而，定义于某文件内的全局变量，在链接完成后，它的可见范围被扩大到了整个程序。这样一来，按道理说，一个文件中定义的全局变量，可以在整个程序的任何地方被使用，举例说，如果A文件中定义了某全局变量，那么B文件中应可以该变量。修改我们的程序，加以验证：

 

//A.cpp  
  
void main()  
{  
    i = 100; //试图使用B中定义的全局变量  
}  

 

//B.cpp  
int i;  

 

 

 编译结果如下：

 

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)  

 

 

编译错误。

 

       其实出现这个错误是意料之中的，因为：文件中定义的全局变量的可见性扩展到整个程序是在链接完成之后，而在编译阶段，他们的可见性仍局限于各自的文件。

 

       编译器的目光不够长远，编译器没有能够意识到，某个变量符号虽然不是本文件定义的，但是它可能是在其它的文件中定义的。

 

       虽然编译器不够远见，但是我们可以给它提示，帮助它来解决上面出现的问题。这就是extern的作用了。

 

       extern的原理很简单，就是告诉编译器：“你现在编译的文件中，有一个标识符虽然没有在本文件中定义，但是它是在别的文件中定义的全局变量，你要放行！”

 

       我们为上面的错误程序加上extern关键字：

 

//A.cpp  
  
extern int i;  
void main()  
{  
    i = 100; //试图使用B中定义的全局变量  
}  

 

//B.cpp  
int i;  

 

 

顺利通过编译，链接。

 

2、 在C++文件中调用C方式编译的函数

 

       C方式编译和C++方式编译

 

   相对于C，C++中新增了诸如重载等新特性，对于他们的编译，必然有一些重要的区别。我们将下面的小程序分别按C和C++方式编译，来探讨两种编译方式的区别。

int i;  
  
int func(int t)  
{  
    return 0;  
}  
  
void main()  
{  

}  

 

以C方式编译的结果：

COMM     _i  :  DWORD  
PUBLIC    _func  
PUBLIC    _main  

以C++方式编译的结果：

PUBLIC    ?i@@3HA                                               ; i  
PUBLIC    ?func@@YAHH@Z                                         ; func  
PUBLIC    _main  

 

可见，C方式编译下，变量名和函数名之前被统一加上了一个下划线，而C++编译后的结果却复杂的多，i变成了?i@@3HA，func变成了?func@@YAHH@Z。C++中的这种看似复杂的命名规则是为C++中的函数重载，参数检查等特性服务的。 

   多文件程序中的函数调用

 

       一般情况下，工程中的文件都是CPP文件（以及头文件）。如下面的程序仅包含两个文件：A.CPP和B.CPP：

//A.CPP  
  
void func();  
void main()  
{  
    func();  
}  

 

//B.CPP  
void func()  
{  
  
}  

 

 

    程序的结构是这样的：在文件B.CPP中定义了一个函数void func()，main函数位于文件A.CPP，在main函数中调用了B中定义的函数func()。

 

       要在A中调用B中定义的函数，必须要加上该函数的声明。如本例中的void func();就是对函数func()的声明。

如果没有声明的话，编译A.CPP时就会出错。因为编译器的目光只局限于被编译文件，必须通过加入函数声明来告诉编译器：“某个函数是定义在其它的文件中的，你要放行！”，这一点跟用extern来声明外部全局变量是一个道理。

       需要注意的是，一般的程序都是通过包含头文件来完成函数的声明。拿本例来说，一般是创建一个头文件B.H，在头文件中加入声明语句void func(); 并且在A.CPP中加入包含语句：#include “B.H”。

       在C++程序中，头文件的功能从函数声明被扩展为类的定义。

    不同编译方式下的函数调用

 

       如果在工程中，不仅有CPP文件，还有以C方式编译的C文件，函数调用就会有一些微妙之处。我们将B.CPP改作B.C：

//A.CPP  
  
void func();  
  
void main()  
{  
    func();  
}  

 

//B.C  
  
void func()  
{
  
}  

 

对A.CPP和B.C分别编译，都没有问题，但是链接时出现错误。

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)  

 

原因就在于不同的编译方式产生的冲突。对于文件A，是按照C++的方式进行编译的，其中的func()调用被编译成了

call    ?func1@@YAXXZ 

 

如果B文件也是按照C++方式编译的，那么B中的func函数名也会被编译器改成?func1@@YAXXZ，这样的话，就没有任何问题。

       但是现在对B文件，是按照C方式编译的，B中的func函数名被改成了_func，这样一来，A中的call ?func1@@YAXXZ这个函数调用就没有了着落，因为在链接器看来，B文件中没有名为?func1@@YAXXZ的函数。

       事实是，我们编程者知道，B文件中有A中调用的func函数的定义，只不过它是按照C方式编译的，故它的名字被改成了_func。因而，我们需要通过某种方式告诉编译器：“B中定义的函数func()经编译后命名成了_func，而不是?func1@@YAXXZ，你必须通过call _func来调用它，而不是call ?func1@@YAXXZ。”简单的说，就是告诉编译器，调用的func()函数是以C方式编译的，fun();语句必须被编译成call _func;而不是call ?func1@@YAXXZ。 

       我们可以通过extern关键字，来帮助编译器解决上面提到的问题。

       对于本例，只需将A.CPP改成如下即可：

//A.CPP  
  
extern "C"  
{  
    void func();  
}  
  
void main()  
{  
    func();  
}  

 察看汇编代码，发现此时的func();语句被编译成了call _func。

 

3、 补充

同2一样，仍然是C，C++混合编程的情形，考虑下面的程序：

//A.CPP  
   
extern int i;  
  
void main()  
{  
    i = 100;  
}  

 

//B.C  
  
int i; 

 

程序很简单：在文件B.C中定义了一个全局变量i，在A.CPP中使用了这个全局变量。编译没有问题，链接时却出现错误：

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)  

 

这是因为，在C方式编译下，i被重命名为_i，而在C++方式下，i会被重命名为?i@@3HA。 因而，我们只用extern int i;来声明还不够，必须告诉编译器，全局变量i是以C方式编译的， 它会被重命名为_i，而不是?i@@3HA。

 

       我们修改A.CPP，如下：

//A.CPP  
  
extern "C"  
{  
   int i; 
}  
  
void main()  
{  
    i = 100;  
}  

 

程序正常通过编译和链接。  我们察看一下汇编代码，发现语句i = 100;被编译成了mov  DWORD PTR _i, 100。