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c++ 内部链接 外部链接

2012-10-21 15:35 246 查看
C++ 内部链接与外部链接
2009年03月12日 星期四 11:07
在说内部连接与外部连接前，先说明一些概念。
1.声明

一个声明将一个名称引入一个作用域;

在c++中，在一个作用域中重复一个声明是合法的
以下都是声明：
int foo(int,int); //函数前置声明
typedef int Int; //typedef 声明
class bar; //类前置声明
extern int g_var; //外部引用声明
class bar; //类前置声明
typedef int Int; //typedef 声明
extern int g_var; //外部引用声明
friend test; //友员声明
using std::cout; //命名空间引用声明
friend test; //友员声明
using std::cout; //命名空间引用声明
int foo(int,int); //函数前置声明

在同一个作用域中你可以多次重复这些声明。

有两种声明不能重复，那就是类成员函数及静态数据成员的声明

class foo
{
static int i;
static int i;//不可以
public:
int foo();
int foo();//不可以
};
2.定义

一个定义提供一个实体(类型、实例、函数)在一个作用域的唯一描述。
在同一作用域中不可重复定义一个实体。
以下都是定义：
int y;
class foo {...};
struct bar {...};
foo* p;
static int i;
enum Color{RED,GREEN,BLUE};
const double PI = 3.1415;
union Rep{...};
void test(int p) {};
foo a;
bar b;
3.编译单元

当一个c或cpp文件在编译时，预处理器首先递归包含头文件，形成一个含有所有必要信息的单个源文件,这个源文件就是一个编译单元。这个编译单元会被编译成为一个与cpp文件名同名的目标文件(.o或是.obj)。连接程序把不同编译单元中产生的符号联系起来，构成一个可执行程序。
4.自由函数

如果一个函数是自由函数，那么这个函数不是类的成员函数，也不是友元函数。
下面来看内部连接和外部连接

内部连接：如果一个名称对于它的编译单元来说是局部的，并且在连接时不会与其它编译单元中的同样的名称相冲突，那么这个名称有内部连接(注：有时也将声明看作是无连接的，这里我们统一看成是内部连接的)。
以下情况有内部连接:
a)所有的声明
b)命名空间(包括全局命名空间)中的静态自由函数、静态友元函数、静态变量的定义
c)enum定义
d)inline函数定义(包括自由函数和非自由函数)
e)类的定义
f)命名空间中const常量定义
g)union的定义

外部连接:在一个多文件程序中，如果一个名称在连接时可以和其它编译单元交互，那么这个名称就有外部连接。
以下情况有外部连接:
a)类非inline函数总有外部连接。包括类成员函数和类静态成员函数
b)类静态成员变量总有外部连接。
c)命名空间(包括全局命名空间)中非静态自由函数、非静态友元函数及非静态变量
下面举例说明：
a)声明、enum定义、union定义有内部连接
所有的声明、enum定义及union定义在编译后不会产生连接符号，也就是在不同编译单元中有相同名称的声明及enum、union定义并不会在连接时发生发现多个符号的错误。
// main.cpp

typedef int Int; //typedef 声明，内部连接

enum Color{red}; //enum定义,内部连接

union X //union定义，内部连接

{

long a;

char b[10];

};

int main(void)

{

Int i = red;

return i;

}

// a.cpp

typedef int Int; //在a.cpp中重声明一个int类型别名，在连接时不会发生错误

enum Color{blue}; //在a.cpp中重定义了一个enum Color，在连接时不会发生错误

const Int i =blue; //const常量定义，内部连接

union X //union定义，内部连接

{

long a;

char b[10];

};
b)命名空间中静态自由函数、静态友元函数、静态变量、const常量定义有内部连接

// main.cpp

namespace test

{

int foo(); //函数声明，内部连接

static int i = 0; //命名空间静态变量定义，内部连接

static int foo() { return 0;} //命名空间静态函数定义，内部连接

}

static int i = 0; //全局静态变量定义，内部连接

static int foo() {return 1;} //全局静态函数定义，内部连接

const int k = 0; //全局const常量定义，内部连接

int main(void)

{

return 0;

}

//a.cpp

namespace test

{

int i = 0; //命名空间变量定义，外部连接

int foo() {return 0;} //命名空间函数定义，外部连接

}

int i = 0; //全局变量定义，外部连接

int k = 0; //全局变量定义，外部连接

int foo()

{

return 2;

} //全局函数定义，外部连接
在全局命名空间中，main.cpp中定义了静态变量i,常量k,及静态自由函数foo等，这些都有内部连接。如果你将这些变量或函数的static或是const修饰符去掉，在连接时就会出现multiply defined symbols错误，它们与a.cpp中的全局变量、全局函数发生冲突。

c)类定义总有内部连接,而非inline类成员函数定义总有外部连接，不论这个成员函数是静态、虚拟还是一般成员函数，类静态数据成员定义总有外部连接。
1.类的定义有内部连接。如果不是，想象一下你在4个cpp文件中include定义了类Base的头文件，在4个编译单元中的类Base都有外部连接，在连接的时候就会出错。
看下面的例子:
//main.cpp

class B //类定义，内部连接

{

static int s_i; //静态类成员声明，内部连接

public:

void foo()

{

++s_i;

} //类inline函数，内部连接

};

struct D

{

void foo(); //类成员函数声明，内部连接

};

int B::s_i = 0; //类静态数据成员定义，外部连接

void D::foo() //类成员函数定义，外部连接

{

cout << "D::foo in main.cpp" <<endl;

}

int main() //main函数，全局自由函数，外部连接

{

B b;

D d;

return 0;

}

//a.cpp

class B

{

int k;

};

struct D

{

int d;

};
在这个例子中，main.cpp与a.cpp中都有class B和class D的定义，但在编译这两个cpp文件时并不发生link错误。
2.类的非inline成员函数(一般，静态，虚拟都是)总有外部连接，这样当你include了某个类的头文件，使用这个类的函数时，就能连接到正确的类成员函数上，继续以上面为例子，如果把a.cpp中的struct D改为
struct D //类定义
{
int d;
void foo(); //类成员函数声明
};
void D::foo() //类成员函数定义，外部连接
{
cout << " D::foo in a.cpp" <<endl;
}

这时main.cpp与a.cpp中的D::foo都有外部连接，在连接就会出现multiply defined symbols错。
3.类的静态数据成员有外部连接，如上例的B::s_i,这样当你在main.cpp中定义了类静态数据成员，其它编译单元若使用了B::s_i,就会连接到main.cpp对应编译单元的s_i。
d)inline函数总有内部连接，不论这个函数是什么函数
// main.cpp

inline int foo()

{

return 1;

} //inline全局函数，内部连接

class Bar //类定义，内部连接

{

public:

static int f() { return 2;} //inline 类静态函数，内部连接

int g(int i) { return i;} //inline 类成员函数，内部连接

};

class Base

{

public:

inline int k(); //类成员函数声明，内部连接

};

inline int Base::k()

{

return 5;

} //inline 类成员函数，内部连接

int main(void)

{

return 0;

}
如果你的Base类是定义在Base.h中，而Base的inline 函数是在Base.cpp中定义的，那么在main.cpp中include "Base.h"编译不会出现问题，但在连接时会找不到函数k，所以类的inline函数最好放到头文件中，让每一个包含头文件的cpp都能找到inline函数。

现在对c++中的连接有了一个认识，能清楚的知道是什么原因产生连接时错误。当你在连接时产生连接不到的错误，这说明所有的编译单元都没有这个实体的外部连接；当你在连接时发现有多个连接实体，这说明有多个编译单元提供了同名的有外部连接的实体。同时，在进行程序设计时，也要注意不要使只有本编译单元用到的函数、类、变量等有外部连接，减少与其它编译单元的连接冲突。
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