深入理解C++內鏈接與外鏈接的意義

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上一篇博客給大傢解釋瞭“程序運行鏈接”的概念與意義，並區分瞭動態鏈接庫與靜態鏈接庫。接下來想和大傢談一下C++的內鏈接與外鏈接的區別與意義。看完之後，希望你能理解以下幾個問題~

1.      為什麼不要在頭文件中定義具有外部鏈接的實體？

2.      在頭文件中定義具有內部鏈接的實體有什麼劣勢？

3.      內部鏈接與外部鏈接存在的意義是什麼？

首先理解什麼是編譯單元？

我們知道，其實編譯器在編譯代碼時，隻會去編譯.cpp格式的源文件，並且預編譯器會遞歸的把.cpp所有#include的頭文件都“拷貝”到.cpp文件中去，之後對這個文件再進行編譯，生成二進制的.obj文件。那麼其實每一個.cpp文件都是一個編譯單元。

聲明與定義

一個聲明將一個名稱引入一個作用域，C++中在同一個作用域中可以重復聲明，除瞭類中的成員函數與成員變量的聲明。以下都是聲明：

Extern int number; //外部引用聲明

Typedef int  int32; // typedef聲明

Class A;          //類的前置聲明

Using std::cin;   //名字空間引用聲明

Friend f;         //友元聲明

Int testFun();    //函數前置聲明

定義決定瞭一個實體在一個作用域的唯一描述，同一作用域不可以重復定義一個實體。以下都是定義：

Int a;

Class Myclass{…};

Myclass ma;

Static int b;

Enum{first, second,third};

Const int m = 2;

Void hello(){…}

什麼是內部鏈接？

如果一個名稱對於他的編譯單元是局部的，並且在鏈接時不會與其他的編譯單元中同樣的名字沖突，那麼這個名稱就擁有內部鏈接。這個實體有內部鏈接，他就不會與其他.cpp文件同名的實體沖突。換個說法，那些編譯單元（.cpp）中不能向其他編譯單元（.cpp）展示提供其定義的函數、變量就擁有內部鏈接

那麼哪些實體擁有內部鏈接？

1.      靜態（static）全局變量，自由函數，友元函數定義

2.      類的定義

3.      內聯函數定義

4.      Union共用體定義

5.      名字空間的const常量定義

6.      枚舉類型定義

7.      所有的聲明（有人將聲明歸結為無鏈接）

什麼是外部鏈接？

一個多文件的程序中，一個實體可以在鏈接時與其他編譯單元交互，那麼這個實體就擁有外部鏈接。

換個說法，那些編譯單元（.cpp）中能想其他編譯單元（.cpp）提供其定義，讓其他編譯單元(.cpp)使用的函數、變量就擁有外部鏈接

那麼哪些實體擁有外部鏈接？

1.      類的非內聯函數（包括成員函數和靜態類成員函數）的定義

2.      類的靜態成員變量的定義

3.      名字空間或全局的非靜態的自由函數，非靜態變量，非友元函數的定義

那麼這裡總結一下，定義這樣的內鏈接與外鏈接有什麼意義？

所謂鏈接，就是因為項目工程的不斷擴大，寫在一個.cpp文件即難以維護，又不好去合作開發。所以去將代碼按照比較有條理的，分成多個文件，讓其可以獨立編譯，在最後運行在整合到一起，也就是通過鏈接再去找到需要的代碼。這時候就需要外鏈接定位到合適的代碼。

比如我們定義的全局函數和變量，可以跨模塊的鏈接使用。

有一些名字定義所表示的實體擁有外部鏈接，這樣就意味著他可以跨越編譯單元去進行代碼的鏈接。所以，擁有外部鏈接的實體如果被聲明在頭文件並且被多個.cpp文件包含,可能就會出現鏈接沖突錯誤，因為每個包含這個擁有外部鏈接實體的.cpp都會分配空間，當多個編譯單元鏈接的時候，連接器就會面對多個相同的名字，無法正常鏈接到正確的對象。

下面舉個例子：(VS2012環境下)

//lesson.h

namespace lesson

{
         int  test;

}

//lesson.cpp

#include "stdafx.h"

#include "lesson.h"

int _tmain(intargc,_TCHAR*argv[])

{
         system("pause");

         return0;

}

//test.cpp

#include "lesson.h"

我們就會看到

error LNK2005: “intlesson::test” (?test@lesson@@3HA) 已經在 lesson.obj 中定義C:\Users\user\Documents\Visual Studio 2012\Projects\lesson\lesson\stdafx.obj

這樣的錯誤提示。

而對於擁有內部鏈接的實體則不會出現這樣的情況，因為他不會與其他.cpp的同名實體產生沖突。比如我們將上面的lesson.h改為

//lesson.h

class lesson

{
         int  test;

}

這樣就不會有任何錯誤，因為類的定義是有內部鏈接的。

如果在lesson.h裡面再定義靜態變量，枚舉類，進行各種聲明等，這些實體由於有內部鏈接所以仍然是合法的，編譯器會認為你想在各個編譯單元中都有一個私有的副本。

那麼進一步的概括這些內容就是一句話  

相同作用域內的聲明可以有多個，但是隻能定義一次。

先不考慮內鏈接還是外鏈接，我們都知道一個{}裡面不可能定義兩個一模一樣的名字。對於一個單獨的.cpp文件，我們是知道的，但是對於多個文件，好像就稍微有點暈。其實，這是一個道理，我們的外部鏈接就是讓各個.cpp文件能鏈接到一起，這樣在.cpp文件遇到第一個{}之前，他們的作用域就可以理解為相同的，所以擁有外部鏈接的實體（全局函數，變量等）出現在第一個{}之前，而且名字相同，那就是出現瞭定義重復的錯誤。

我們再看，所有的聲明都是有內部鏈接的，然而他其實可以鏈接到其他文件，因為他的定義是在其他的編譯單元的，所以多個編譯單元擁有相同的聲明也是合理的。但是，我們知道，這個聲明對應的定義肯定隻有一個。

最後再給出一個C++編程建議，慎重考慮在頭文件中定義有鏈接的實體

一，如果頭文件是像int a=1;這樣的定義，被包含在多個.cpp文件後肯定會報出鏈接錯誤。

二，如果是想static int a = 2;這樣的定義就會在所有包含他的.cpp文件中生成一個副本，如果被大量源文件include的話，就會占據大量的空間，造成內存浪費。

總結

到此這篇關於C++內鏈接與外鏈接意義的文章就介紹到這瞭,更多相關C++內鏈接與外鏈接內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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