C++中的extern声明变量详解

Z时代
2024-01-10
分类：综合

extern声明变量无外乎如下两种：

1、声明全局变量

2、声明函数

今天我们只谈extern，什么const、static之类等等与之相关或不相关的一律忽略，下面就分别对以上两种情况一一讲解

声明和定义

既然提到extern声明变量，那我们就必须搞清楚声明和定义的区别。

这里我们将普通数据变量和函数统称变量。从内存分配角度来说，声明和定义的区别在于声明一个变量不会分配内存，而定义一个变量会分配内存。一个变量可以被声明多次，但是只能被定义一次。

基于以上前提，我们可以把声明和定义类比为指针和内存的关系。我们知道，指针其实就是指向内存的一个符号，变量的定义就好比一块内存区域，而声明就好比它的指针，可以有多个指针指向同一个内存区域，而一个指针只能指向一个内存区域，这样就很好理解为什么变量只能被定义一次，如果被定义多次，那就会分配多个内存，这样你通过变量的声明到底去找哪块内存区域呢，这会是个问题。

对于数据来说，声明和定义往往是同时存在的，比如下面的一行语句


int data;

这样既声明了data同时也定义了data，怎样做到只声明而不定义呢，用extern就可以了

extern int data；

对于函数来说，声明和定义就很容易区分了，一般我们会将声明放在头文件而将定义放在源文件里


void hello();

这是一个函数的声明，而


void hello()  
{  
    printf("hello world!\n");  
}

这是一个函数的定义。当然，函数的声明和定义也可以同时发生，如果我们没有头文件而只有源文件，并且在源文件里并没有void hello();这样的语句，那么这个函数的声明和定义就同时发生了，此时如果我们在原文件里想要调用函数hello()，你调用的代码必须在函数定义之后。

其实上面的要点只在于一句话：使用变量之前必须声明，声明可以有多次，而定义只能有一次。记住这句话，后面的就都很容易理解了。

extern声明全局变量

我们先来看如下例子，现有三个文件：test.h, test.cpp, main.cpp，其中main.cpp和test.cpp需要共享一个变量g_name，三个文件的内容如下


/* test.h */  
#ifndef _TEST_H_  
#define _TEST_H_  
  
#include <string>  
  
std::string g_name;  
void hello();  
  
#endif  
  
/* test.cpp */  
#include <stdio.h>  
#include "test.h"  
  
void hello()  
{  
    printf("hello %s!\n", g_name.c_str());  
}  
  
/* main.cpp */  
#include "test.h"  
  
std::string g_name;  
  
int main()  
{  
    g_name = "Handy";  
    hello();  
    return 0;  
}

三者关系为，test.cpp包含了test.h，main.cpp也包含了test.h，这里的包含其实就是include。我们执行编译命令

g++ main.cpp test.cpp

编译报错redefinition of 'g_name'，说的是g_name被重定义了

我们看一下g_name出现的地方，一个是在test.h里，一个是在main.cpp里，两条语句都是std::string g_name，前面我们已经说过，这样的方式既声明也定义了变量，那g_name是如何被重定义的呢，首先我们需要理解include的含义，我们可以将include一个头文件理解为在该行展开头文件里的所有代码，由于main.cpp包含了test.h，我们在那一行将test.h的内容展开，就会发现main.cpp里有两句std::string g_name;所以在main.cpp里，g_name被定义了两次。

由于我们可以将include头文件理解为展开代码，所以编译的时候其实不需要指定头文件，只需要源文件就够了。需要注意的是，重定义并不是指在同一个原文件里定义多次，而是指在整个代码空间里，比如上面的例子是就是指在test.cpp和main.cpp里，其实上面的例子里g_name是被重定义了三次，其中test.cpp里一次，main.cpp里两次。

那上面重定义的问题怎么解决呢，很简答，将test.h里的std::string g_name;改为extern std::string g_name;就可以了，由于extern语句只声明变量而不定义变量，因此test.cpp和main.cpp展开头文件后，也只是将g_name声明了两次，而真正的定义还是在main.cpp里

extern声明函数

还是上面的例子，我们怎么在main.cpp里不包含头文件就可以调用hello函数呢，既然今天的主题是extern，不用提醒也知道，使用extern就可以了，代码如下


/* test.cpp */  
#include <string>  
#include <stdio.h>  
  
// 声明g_name  
extern std::string g_name;          
  
// 声明和定义void hello()  
void hello()                        
{  
    printf("hello %s!\n", g_name.c_str());  
}  
  
/* main.cpp */  
#include <string>  
  
// 声明和定义g_name  
std::string g_name;     
  
// 声明void hello()             
extern void hello();               
  
int main()  
{  
    g_name = "Handy"  
    hello();  
    return 0;  
}