extern VS static ; 声明与定义 ; link vs compile; .h与.c
2012-10-24 21:00
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extern 声明与定义 link .h与.c
1 .h与.c的区别:
1)在编译的时候,编译器只对.c的文件进行编译,不对.h的文件进行编译。
2)一般来说,.h中只存放声明,不存在定义,否则,当多个.c文件包含其.h文件的时候,会出现重复定义的link error
那么什么才算是声明,什么算是定义呢?
当在头文件a.h中声明一个普通变量时,用如下的方式:
externint i;
在a.c的定义是: int i;
头文件中声明一个函数时 externvoid func(); 这里的extern 可以省略
以下转自网络:
//a.h void foo();
//a.c #include "a.h" //我的问题出来了:这句话是要,还是不要? void foo() { return; }
//main.c #include "a.h"
int main(int argc, char *argv[]) { foo();return 0; }
针对上面的代码,请回答三个问题: a.c 中的 #include "a.h" 这句话是不是多余的?
为什么经常见 xx.c 里面 include 对应的 xx.h?
如果 a.c 中不写,那么编译器是不是会自动把 .h 文件里面的东西跟同名的 .c 文件绑定在一起?
(请针对上面3道题仔细考虑10分钟,莫要着急看下面的解释。:) 考虑的越多,下面理解的就越深。)
好了,时间到!请忘掉上面的3道题,以及对这三道题引发出的你的想法,然后再听我慢慢道来。正确的概念是:从C编译器角度看,.h和.c皆是浮云,就是改名为.txt、.doc也没有大的分别。换句话说,就是.h和.c没啥必然联系。.h中一般放的是同名.c文件中定义的变量、数组、函数的声明,需要让.c外部使用的声明。这个声明有啥用?只是让需要用这些声明的地方方便引用。因为 #include "xx.h" 这个宏其实际意思就是把当前这一行删掉,把xx.h 中的内容原封不动的插入在当前行的位置。由于想写这些函数声明的地方非常多(每一个调用
xx.c 中函数的地方,都要在使用前声明一下子),所以用 #include "xx.h" 这个宏就简化了许多行代码--让预处理器自己替换好了。也就是说,xx.h 其实只是让需要写 xx.c 中函数声明的地方调用(可以少写几行字),至于 include 这个 .h 文件是谁,是 .h 还是 .c,还是与这个 .h 同名的 .c,都没有任何必然关系。
这样你可能会说:啊?那我平时只想调用 xx.c 中的某个函数,却 include了 xx.h 文件,岂不是宏替换后出现了很多无用的声明?没错,确实引入了很多垃圾,但是它却省了你不少笔墨,并且整个版面也看起来清爽的多。鱼与熊掌不可得兼,就是这个道理。反正多些声明(.h一般只用来放声明,而放不定义,参见拙著"过马路,左右看")也无害处,又不会影响编译,何乐而不为呢?
翻回头再看上面的3个问题,很好解答了吧?
1答:不一定。这个例子中显然是多余的。但是如果.c中的函数也需要调用同个.c中的其它函数,那么这个.c往往会include同名的.h,这样就不需要为声明和调用顺序而发愁了(C语言要求使用之前必须声明,而include同名.h一般会放在.c的开头)。有很多工程甚至把这种写法约定为代码规范,以规范出清晰的代码来。
2答:1中已经回答过了。
3答:不会。问这个问题的人绝对是概念不清,要不就是想混水摸鱼。非常讨厌的是中国的很多考试出的都是这种烂题,生怕别人有个清楚的概念了,绝对要把考生搞晕。
搞清楚语法和概念说易也易,说难也难。窍门有三点:不要晕着头工作,要抽空多思考思考,多看看书;
看书要看好书,问人要问强人。烂书和烂人都会给你一个错误的概念,误导你;
勤能补拙是良训,一分辛苦一分才;
(1)通过头文件来调用库功能。在很多场合,源代码不便(或不准)向用户公布,只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能,而不必关心接口怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。
(2)头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时,其方式与头文件中的声明不一致,编译器就会指出错误,这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。
头文件用来存放函数原型。头文件如何来关联源文件?
这个问题实际上是说,已知头文件"a.h"声明了一系列函数(仅有函数原型,没有函数实现),"b.cpp"中实现了这些函数,那么如果我想在"c.cpp"中使用"a.h"中声明的这些在"b.cpp"中实现的函数,通常都是在"c.cpp"中使用#include "a.h",那么c.cpp是怎样找到b.cpp中的实现呢?
其实.cpp和.h文件名称没有任何直接关系,很多编译器都可以接受其他扩展名。
谭浩强老师的《C程序设计》一书中提到,编译器预处理时,要对#include命令进行"文件包含处理":将headfile.h的全部内容复制到#include "headfile.h"处。这也正说明了,为什么很多编译器并不care到底这个文件的后缀名是什么----因为#include预处理就是完成了一个"复制并插入代码"的工作。
程序编译的时候,并不会去找b.cpp文件中的函数实现,只有在link的时候才进行这个工作。我们在b.cpp或c.cpp中用#include"a.h"实际上是引入相关声明,使得编译可以通过,程序并不关心实现是在哪里,是怎么实现的。源文件编译后成生了目标文件(.o或.obj文件),目标文件中,这些函数和变量就视作一个个符号。在link的时候,需要在makefile里面说明需要连接哪个.o或.obj文件(在这里是b.cpp生成的.o或.obj文件),此时,连接器会去这个.o或.obj文件中找在b.cpp中实现的函数,再把他们build到makefile中指定的那个可以执行文件中。
在VC中,一帮情况下不需要自己写makefile,只需要将需要的文件都包括在project中,VC会自动帮你把makefile写好。
通常,编译器会在每个.o或.obj文件中都去找一下所需要的符号,而不是只在某个文件中找或者说找到一个就不找了。因此,如果在几个不同文件中实现了同一个函数,或者定义了同一个全局变量,链接的时候就会提示"redefined"
2定义和声明的区别:
1. 变量的定义、声明
变量的声明有两种情况:
一种是需要建立存储空间的。例如:int a。在声明的时候就已经建立了存储空间。这种声明是"定义性声明(definingdeclaration)",即我们平时所说的“定义”。
另一种是不需要建立存储空间的,只是告诉编译器某变量已经在别处定义过了。例如:extern int a。其中,变量a是在别处定义的。这种声明是"引用性声明(referncingdeclaration)",即我们平时所说的“声明”。
从广义的角度来讲,声明中包含着定义,但是并非所有的声明都是定义。即,定义性声明既是定义又是声明,而引用性声明只是声明。例如:int a。它既是声明,同时又是定义。然而对于 extern int a 来讲,它只是声明不是定义。
一般的情况下我们常常这样叙述,把建立空间的声明称之为”定义”,而把不需要建立存储空间的称之为”声明”。很明显这里指的声明是范围比较窄的,也就是说引用性的声明。
例子:
int a; //定义性声明,分配存储空间,初值不确定
int b = 0; //定义性声明,分配存储空间,赋初值
extern int c;//引用性声明,不分配存储空间,只是告诉编译器这个变量已经在别处定义过了
2. 函数的定义、声明
函数的定义和声明也是一样,定义需要分配存储空间;声明只是告诉编译器这个函数已经在别处定义过了。
函数的定义和声明比较好区分。有函数体的即为定义,不带函数体即为声明。
例子:
//声明
double sqrt(double x);
//定义
double sqrt(double x)
{
returnx*x;
}
3. 定义与声明的区别
(1)是否需要分配存储空间。
(2)在一个作用域中可以重复声明,但不能重复定义。这是由(1)决定的,可以重复几次告诉编译器某个变量、函数已经在别处定义了,但不能重复多次地让编译器为同一个变量、函数分配不同的存储空间。
3 头文件中能够定义什么?
声明与定义的区分:
一个声明就是一个定义,除非 :
声明:引入名称
定义:引入实体
1.它声明了一个没有详细说明函数体的函数
2.它包含一个extern定义符且没有初始化函数或函数体
3.它是一个包含在一个类定义之内的静态类数据成员的声明,它必须在最终程序的某处准确的定义一次
4.它是一个类名声明,如class test;
5.它是一个typedef声明。
言外之意:
1。类的声明也就是定义
2。同时赋初值的声明也就是定义,如int a=2;
3。类非静态数据成员的声明也就是定义???
4。类的所有成员函数的声明也就是定义
一个定义就是一个声明,除非:
1.它定义的是一个静态数据成员
2.它定义了一个非内联成员函数
内部连接和外部连接:
编译时每个文件会被编译成一个含有必要信息的源文件(又叫编译单元),然后编译单元会联结成一个和族文件同名的.o文件,.o文件把不同的编译单元中产生的符号联系起来,构成一个可执行文件。有两种截然不同的链接:内部的和外部的,将这些编译单元联系起来。
内部连接:对这个定义的访问被局限在当前编译单元,其他编译单元无法访问。
外部连接:可被其他单元访问,因此名称在整个执行文件中必须唯一。
类的定义(同时也是声明),enum,struct,都是内部连接,内联函数,静态的非类成员数据也是
typedef声明的类型也是内联结。
非内联成员函数(包括静态成员)有外部连接,非内联函数,非静态自由函数(非类的成员函数)也是外连接。
声明只对当前编译单元有用,他们不会影响到.o文件,
.h文件,由于该文件会被其他.cpp文件包含,但由于声明只是对当前编译单元有效,是不会将符号引入.o文件,所以该文件不能含有任何外部连接的符号(数据成员和函数)的定义。一般情况下也不要包含内连接符号的定义。
综上所诉:
.h文件中能包含:
1。类成员数据的声明,但不能赋值
2.类静态数据成员的定义和赋值,但不建议,只是个声明就好。
3。类的成员函数的声明
4。非类成员函数的声明
5.常数的定义:如:const int a=5;
6.静态函数的定义
7.类的内联函数的定义
不能包含:
1. 所有非静态变量(不是类的数据成员)的声明
2。默认命名空间声明不要放在头文件,using namespace std;等应放在.cpp中,在.h文件中使用std::string
3 静态变量最好不要声明
4 extern 与 static
在讨论全局变量之前我们先要明白几个基本的概念:
1. 编译单元(模块):
在IDE开发工具大行其道的今天,对于编译的一些概念很多人已经不再清楚了,很多程序员最怕的就是处理连接错误(LINK ERROR), 因为它不像编译错误那样可以给出你程序错误的具体位置,你常常对这种错误感到懊恼,但是如果你经常使用gcc,makefile等工具在linux或者嵌入式下做开发工作的话,那么你可能非常的理解编译与连接的区别!当在VC这样的开发工具上编写完代码,点击编译按钮准备生成exe文件时,VC其实做了两 步工作,第一步,将每个.cpp(.c)和相应.h文件编译成obj文件;第二步,将工程中所有的obj文件进行LINK生成最终的.exe文件,那么错误就有可能在两个地方产生,一个是编译时的错误,这个主要是语法错误,另一个是连接错误,主要是重复定义变量等。我们所说的编译单元就是指在编译阶段生成
的每个obj文件,一个obj文件就是一个编译单元,也就是说一个cpp(.c)和它相应的.h文件共同组成了一个编译单元,一个工程由很多个编译单元组 成,每个obj文件里包含了变量存储的相对地址等。
2. 声明与定义的区别
函数或变量在声明时,并没有给它实际的物理内存空间,它有时候可以保证你的程序编译通过,但是当函数或变量定义的时候,它就在内存中有了实际的物理空间,如果你在编译模块中引用的外部变量没有在整个工程中任何一个地方定义的话,那么即使它在编译时可以通过,在连接时也会报错,因为程序在内存中找不到这个变量!你也可以这样理解, 对同一个变量或函数的声明可以有多次,而定义只能有一次!
3. extern的作用(见我的另外一篇文章总结)
extern有两个作用,第一个,当它与"C"一起连用时,如: extern "C"void fun(int a, int b); 则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的, C++的规则在翻译这个函数名时会把fun这个名字变得面目全非,可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是别的,这要看编译器的"脾气"了 (不同的编译器采用的方法不一样),为什么这么做呢,因为C++支持函数的重载啊,在这里不去过多的论述这个问题,如果你有兴趣可以去网上搜索,相信你可以得到满意的解释!
当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时,如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字,其声明的函数和变量可以在本模块或者其他模块中使用,记住它是一个声明不是定义!也就是说B模块(编译 单元)要是引用模块(编译单元)A中定义的全局变量或函数时,它只要包含A模块的头文件即可,
在编译阶段,模块B虽然找不到该函数或变量,但它不会报错,它会在连接时从模块A生成的目标代码中找到此函数。
如果你对以上几个概念已经非常明白的话,那么让我们一起来看以下几种全局变量/常量的使用区别:
1. 用extern修饰的全局变量
以上已经说了extern的作用,下面我们来举个例子,如:
在test1.h中有下列声明:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
extern char g_str[]; // 声明全局变量g_str
void fun1();
#endif
在test1.cpp中
#include "test1.h"
char g_str[] = "123456"; // 定义全局变量g_str
void fun1()
{
cout << g_str << endl;
}
以上是test1模块, 它的编译和连接都可以通过,如果我们还有test2模块也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
以上test1和test2可以同时编译连接通过,如果你感兴趣的话可以用ultraEdit打开test1.obj,你可以在里面着"123456"这 个字符串,但是你却不能在test2.obj里面找到,这是因为g_str是整个工程的全局变量,在内存中只存在一份, test2.obj这个编译单元不需要再有一份了,不然会在连接时报告重复定义这个错误!
有些人喜欢把全局变量的声明和定义放在一起,这样可以防止忘记了定义,如把上面test1.h改为
extern char g_str[] = "123456"; // 这个时候相当于没有extern
然后把test1.cpp中的g_str的定义去掉,这个时候再编译连接test1和test2两个模块时,会报连接错误,这是因为你把全局变量 g_str的定义放在了头文件之后,test1.cpp这个模块包含了test1.h所以定义了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定义了g_str,这个时候连接器在连接test1和test2时发现两个g_str。如果你非要把g_str的定义放在test1.h中的话,那么就把test2的代码
中#include "test1.h"去掉换成:
extern char g_str[];
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
这个时候编译器就知道g_str是引自于外部的一个编译模块了,不会在本模块中再重复定义一个出来,但是我想说这样做非常糟糕,因为你由于无法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那么test1.h中声明的其他函数你也无法使用了,除非也用都用extern修饰,这样的话你光声明的函数就要一大串,而且头文件的作用就是要给外部提供接口使用的,所以 请记住,只在头文件中做声明,真理总是这么简单。
2. 用static修饰的全局变量
首先,我要告诉你static与extern是一对“水火不容”的家伙,也就是说extern和static不能同时修饰一个变量;其次,static修 饰的全局变量声明与定义同时进行,也就是说当你在头文件中使用static声明了全局变量后,它也同时被定义了;最后,static修饰全局变量的作用域
只能是本身的编译单元,也就是说它的“全局”只对本编译单元有效,其他编译单元则看不到它,如:
test1.h:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
static char g_str[] = "123456";
void fun1();
#endif
test1.cpp:
#include "test1.h"
void fun1()
{
cout << g_str << endl;
}
test2.cpp
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
以上两个编译单元可以连接成功, 当你打开test1.obj时,你可以在它里面找到字符串"123456", 同时你也可以在test2.obj中找到它们,它们之所以可以连接成功而没有报重复定义的错误是因为虽然它们有相同的内容,但是存储的物理地址并不一样,就像是两个不同变量赋了相同的值一样,而这两个变量分别作用于它们各自的编译单元。
也许你比较较真,自己偷偷的跟踪调试上面的代码,结果你发现两个编译单元(test1, test2)的g_str的内存地址相同,于是你下结论static修饰的变量也可以作用于其他模块,但是我要告诉你,那是你的编译器在欺骗你,大多数编 译器都对代码都有优化功能,以达到生成的目标程序更节省内存,执行效率更高,当编译器在连接各个编译单元的时候,它会把相同内容的内存只拷贝一份,比如上面的"123456", 位于两个编译单元中的变量都是同样的内容,那么在连接的时候它在内存中就只会存在一份了,如果你把上面的代码改成下面的样子,你马上就可以拆穿编译器的谎言:
test1.cpp:
#include "test1.h"
void fun1()
{
g_str[0] = 'a';
cout << g_str << endl;
}
test2.cpp
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
void main()
{
fun1(); // a23456
fun2(); // 123456
}
这个时候你在跟踪代码时,就会发现两个编译单元中的g_str地址并不相同,因为你在一处修改了它,所以编译器被强行的恢复内存的原貌,在内存中存在了两份拷贝给两个模块中的变量使用。
正是因为static有以上的特性,所以一般定义static全局变量时,都把它放在原文件中而不是头文件,这样就不会给其他模块造成不必要的信息污染,同样记住这个原则吧!
5 extern "C"
1.引言
C++语言的创建初衷是“a better C”,但是这并不意味着C++中类似C语言的全局变量和函数所采用的编译和连接方式与C语言完全相同。作为一种欲与C兼容的语言,C++保留了一部分过程 式语言的特点(被世人称为“不彻底地面向对象”),因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是,C++毕竟是一种面向对象的程序设计语言,为了支持函数的重载,C++对全局函数的处理方式与C有明显的不同。
2.从标准头文件说起
某企业曾经给出如下的一道面试题:
面试题
为什么标准头文件都有类似以下的结构?
#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __INCvxWorksh */
分析
显然,头文件中的编译宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止该头文件被重复引用。
那么
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#ifdef __cplusplus
}
#endif
的作用又是什么呢?我们将在下文一一道来。
3.深层揭密extern "C"
extern "C" 包含双重含义,从字面上即可得到:首先,被它修饰的目标是“extern”的;其次,被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。
被extern "C"限定的函数或变量是extern类型的;
extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围(可见性)的关键字,该关键字告诉编译器,其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住,下列语句:
extern int a;
仅仅是一个变量的声明,其并不是在定义变量a,并未为a分配内存空间。变量a在所有模块中作为一种全局变量只能被定义一次,否则会出现连接错误。
通常,在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字extern声明。例如,如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样,模块B中调用模块A中的函数 时,在编译阶段,模块B虽然找不到该函数,但是并不会报错;它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。
与extern对应的关键字是static,被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此,一个函数或变量只可能被本模块使用时,其不可能被extern “C”修饰。
被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的;
未加extern “C”声明时的编译方式
首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。
作为一种面向对象的语言,C++支持函数重载,而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如,假设某个函数的原型为:
void foo( int x, int y );
该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo,而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字(不同的编译器可能生成的名字不同,但是都采用了相同的机制,生成的新名字称为“mangled name”)。
_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息,C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如,在C++中,函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的,后者为_foo_int_float。
同样地,C++中的变量除支持局部变量外,还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名,我们以"."来区分。而本质 上,编译器在进行编译时,与函数的处理相似,也为类中的变量取了一个独一无二的名字,这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。
未加extern "C"声明时的连接方式
假设在C++中,模块A的头文件如下:
// 模块A头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif
在模块B中引用该函数:
// 模块B实现文件 moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(2,3);
实际上,在连接阶段,连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号!
加extern "C"声明后的编译和连接方式
加extern "C"声明后,模块A的头文件变为:
// 模块A头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif
在模块B的实现文件中仍然调用foo(2,3 ),其结果是:
(1)模块A编译生成foo的目标代码时,没有对其名字进行特殊处理,采用了C语言的方式;
(2)连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时,寻找的是未经修改的符号名_foo。
如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型,而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ,则模块B找不到模块A中的函数;反之亦然。
所以,可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的(任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的,来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时,不能只停留在这个语言是怎么做的,还要问一问它为什么要这么做,动机是什么,这样我们可以更深入地理解许多问题):
实现C++与C及其它语言的混合编程。
明白了C++中extern "C"的设立动机,我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。
4.extern "C"的惯用法
(1)在C++中引用C语言中的函数和变量,在包含C语言头文件(假设为cExample.h)时,需进行下列处理:
extern "C"
{
#include "cExample.h"
}
而在C语言的头文件中,对其外部函数只能指定为extern类型,C语言中不支持extern"C"声明,在.c文件中包含了extern"C"时会出现编译语法错误。
笔者编写的C++引用C函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下:
/* c语言头文件:cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y); (这里的extern可以省略,C中,函数默认是extern的)
#endif
/* c语言实现文件:cExample.c */
#include "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
// c++实现文件,调用add:cppFile.cpp
extern "C"
{
#include "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[])
{
add(2,3);
return 0;
}
如果C++调用一个C语言编写的.DLL时,当包括.DLL的头文件或声明接口函数时,应加extern "C" { }。
(2)在C中引用C++语言中的函数和变量时,C++的头文件需添加extern "C",但是在C语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件,应该仅将C文件中将C++中定义的extern"C"函数声明为extern类型。
笔者编写的C引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下:
//C++头文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
//C++实现文件 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
/* C实现文件 cFile.c
/* 这样会编译出错:#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main( int argc, char* argv[] )
{
add( 2, 3 );
return 0;
}
如果深入理解了第3节中所阐述的extern "C"在编译和连接阶段发挥的作用,就能真正理解本节所阐述的从C++引用C函数和C引用C++函数的惯用法。对第4节给出的示例代码,需要特别留意各个细节。
1 .h与.c的区别:
1)在编译的时候,编译器只对.c的文件进行编译,不对.h的文件进行编译。
2)一般来说,.h中只存放声明,不存在定义,否则,当多个.c文件包含其.h文件的时候,会出现重复定义的link error
那么什么才算是声明,什么算是定义呢?
当在头文件a.h中声明一个普通变量时,用如下的方式:
externint i;
在a.c的定义是: int i;
头文件中声明一个函数时 externvoid func(); 这里的extern 可以省略
以下转自网络:
//a.h void foo();
//a.c #include "a.h" //我的问题出来了:这句话是要,还是不要? void foo() { return; }
//main.c #include "a.h"
int main(int argc, char *argv[]) { foo();return 0; }
针对上面的代码,请回答三个问题: a.c 中的 #include "a.h" 这句话是不是多余的?
为什么经常见 xx.c 里面 include 对应的 xx.h?
如果 a.c 中不写,那么编译器是不是会自动把 .h 文件里面的东西跟同名的 .c 文件绑定在一起?
(请针对上面3道题仔细考虑10分钟,莫要着急看下面的解释。:) 考虑的越多,下面理解的就越深。)
好了,时间到!请忘掉上面的3道题,以及对这三道题引发出的你的想法,然后再听我慢慢道来。正确的概念是:从C编译器角度看,.h和.c皆是浮云,就是改名为.txt、.doc也没有大的分别。换句话说,就是.h和.c没啥必然联系。.h中一般放的是同名.c文件中定义的变量、数组、函数的声明,需要让.c外部使用的声明。这个声明有啥用?只是让需要用这些声明的地方方便引用。因为 #include "xx.h" 这个宏其实际意思就是把当前这一行删掉,把xx.h 中的内容原封不动的插入在当前行的位置。由于想写这些函数声明的地方非常多(每一个调用
xx.c 中函数的地方,都要在使用前声明一下子),所以用 #include "xx.h" 这个宏就简化了许多行代码--让预处理器自己替换好了。也就是说,xx.h 其实只是让需要写 xx.c 中函数声明的地方调用(可以少写几行字),至于 include 这个 .h 文件是谁,是 .h 还是 .c,还是与这个 .h 同名的 .c,都没有任何必然关系。
这样你可能会说:啊?那我平时只想调用 xx.c 中的某个函数,却 include了 xx.h 文件,岂不是宏替换后出现了很多无用的声明?没错,确实引入了很多垃圾,但是它却省了你不少笔墨,并且整个版面也看起来清爽的多。鱼与熊掌不可得兼,就是这个道理。反正多些声明(.h一般只用来放声明,而放不定义,参见拙著"过马路,左右看")也无害处,又不会影响编译,何乐而不为呢?
翻回头再看上面的3个问题,很好解答了吧?
1答:不一定。这个例子中显然是多余的。但是如果.c中的函数也需要调用同个.c中的其它函数,那么这个.c往往会include同名的.h,这样就不需要为声明和调用顺序而发愁了(C语言要求使用之前必须声明,而include同名.h一般会放在.c的开头)。有很多工程甚至把这种写法约定为代码规范,以规范出清晰的代码来。
2答:1中已经回答过了。
3答:不会。问这个问题的人绝对是概念不清,要不就是想混水摸鱼。非常讨厌的是中国的很多考试出的都是这种烂题,生怕别人有个清楚的概念了,绝对要把考生搞晕。
搞清楚语法和概念说易也易,说难也难。窍门有三点:不要晕着头工作,要抽空多思考思考,多看看书;
看书要看好书,问人要问强人。烂书和烂人都会给你一个错误的概念,误导你;
勤能补拙是良训,一分辛苦一分才;
(1)通过头文件来调用库功能。在很多场合,源代码不便(或不准)向用户公布,只要向用户提供头文件和二进制的库即可。用户只需要按照头文件中的接口声明来调用库功能,而不必关心接口怎么实现的。编译器会从库中提取相应的代码。
(2)头文件能加强类型安全检查。如果某个接口被实现或被使用时,其方式与头文件中的声明不一致,编译器就会指出错误,这一简单的规则能大大减轻程序员调试、改错的负担。
头文件用来存放函数原型。头文件如何来关联源文件?
这个问题实际上是说,已知头文件"a.h"声明了一系列函数(仅有函数原型,没有函数实现),"b.cpp"中实现了这些函数,那么如果我想在"c.cpp"中使用"a.h"中声明的这些在"b.cpp"中实现的函数,通常都是在"c.cpp"中使用#include "a.h",那么c.cpp是怎样找到b.cpp中的实现呢?
其实.cpp和.h文件名称没有任何直接关系,很多编译器都可以接受其他扩展名。
谭浩强老师的《C程序设计》一书中提到,编译器预处理时,要对#include命令进行"文件包含处理":将headfile.h的全部内容复制到#include "headfile.h"处。这也正说明了,为什么很多编译器并不care到底这个文件的后缀名是什么----因为#include预处理就是完成了一个"复制并插入代码"的工作。
程序编译的时候,并不会去找b.cpp文件中的函数实现,只有在link的时候才进行这个工作。我们在b.cpp或c.cpp中用#include"a.h"实际上是引入相关声明,使得编译可以通过,程序并不关心实现是在哪里,是怎么实现的。源文件编译后成生了目标文件(.o或.obj文件),目标文件中,这些函数和变量就视作一个个符号。在link的时候,需要在makefile里面说明需要连接哪个.o或.obj文件(在这里是b.cpp生成的.o或.obj文件),此时,连接器会去这个.o或.obj文件中找在b.cpp中实现的函数,再把他们build到makefile中指定的那个可以执行文件中。
在VC中,一帮情况下不需要自己写makefile,只需要将需要的文件都包括在project中,VC会自动帮你把makefile写好。
通常,编译器会在每个.o或.obj文件中都去找一下所需要的符号,而不是只在某个文件中找或者说找到一个就不找了。因此,如果在几个不同文件中实现了同一个函数,或者定义了同一个全局变量,链接的时候就会提示"redefined"
2定义和声明的区别:
1. 变量的定义、声明
变量的声明有两种情况:
一种是需要建立存储空间的。例如:int a。在声明的时候就已经建立了存储空间。这种声明是"定义性声明(definingdeclaration)",即我们平时所说的“定义”。
另一种是不需要建立存储空间的,只是告诉编译器某变量已经在别处定义过了。例如:extern int a。其中,变量a是在别处定义的。这种声明是"引用性声明(referncingdeclaration)",即我们平时所说的“声明”。
从广义的角度来讲,声明中包含着定义,但是并非所有的声明都是定义。即,定义性声明既是定义又是声明,而引用性声明只是声明。例如:int a。它既是声明,同时又是定义。然而对于 extern int a 来讲,它只是声明不是定义。
一般的情况下我们常常这样叙述,把建立空间的声明称之为”定义”,而把不需要建立存储空间的称之为”声明”。很明显这里指的声明是范围比较窄的,也就是说引用性的声明。
例子:
int a; //定义性声明,分配存储空间,初值不确定
int b = 0; //定义性声明,分配存储空间,赋初值
extern int c;//引用性声明,不分配存储空间,只是告诉编译器这个变量已经在别处定义过了
2. 函数的定义、声明
函数的定义和声明也是一样,定义需要分配存储空间;声明只是告诉编译器这个函数已经在别处定义过了。
函数的定义和声明比较好区分。有函数体的即为定义,不带函数体即为声明。
例子:
//声明
double sqrt(double x);
//定义
double sqrt(double x)
{
returnx*x;
}
3. 定义与声明的区别
(1)是否需要分配存储空间。
(2)在一个作用域中可以重复声明,但不能重复定义。这是由(1)决定的,可以重复几次告诉编译器某个变量、函数已经在别处定义了,但不能重复多次地让编译器为同一个变量、函数分配不同的存储空间。
3 头文件中能够定义什么?
声明与定义的区分:
一个声明就是一个定义,除非 :
声明:引入名称
定义:引入实体
1.它声明了一个没有详细说明函数体的函数
2.它包含一个extern定义符且没有初始化函数或函数体
3.它是一个包含在一个类定义之内的静态类数据成员的声明,它必须在最终程序的某处准确的定义一次
4.它是一个类名声明,如class test;
5.它是一个typedef声明。
言外之意:
1。类的声明也就是定义
2。同时赋初值的声明也就是定义,如int a=2;
3。类非静态数据成员的声明也就是定义???
4。类的所有成员函数的声明也就是定义
一个定义就是一个声明,除非:
1.它定义的是一个静态数据成员
2.它定义了一个非内联成员函数
内部连接和外部连接:
编译时每个文件会被编译成一个含有必要信息的源文件(又叫编译单元),然后编译单元会联结成一个和族文件同名的.o文件,.o文件把不同的编译单元中产生的符号联系起来,构成一个可执行文件。有两种截然不同的链接:内部的和外部的,将这些编译单元联系起来。
内部连接:对这个定义的访问被局限在当前编译单元,其他编译单元无法访问。
外部连接:可被其他单元访问,因此名称在整个执行文件中必须唯一。
类的定义(同时也是声明),enum,struct,都是内部连接,内联函数,静态的非类成员数据也是
typedef声明的类型也是内联结。
非内联成员函数(包括静态成员)有外部连接,非内联函数,非静态自由函数(非类的成员函数)也是外连接。
声明只对当前编译单元有用,他们不会影响到.o文件,
.h文件,由于该文件会被其他.cpp文件包含,但由于声明只是对当前编译单元有效,是不会将符号引入.o文件,所以该文件不能含有任何外部连接的符号(数据成员和函数)的定义。一般情况下也不要包含内连接符号的定义。
综上所诉:
.h文件中能包含:
1。类成员数据的声明,但不能赋值
2.类静态数据成员的定义和赋值,但不建议,只是个声明就好。
3。类的成员函数的声明
4。非类成员函数的声明
5.常数的定义:如:const int a=5;
6.静态函数的定义
7.类的内联函数的定义
不能包含:
1. 所有非静态变量(不是类的数据成员)的声明
2。默认命名空间声明不要放在头文件,using namespace std;等应放在.cpp中,在.h文件中使用std::string
3 静态变量最好不要声明
4 extern 与 static
在讨论全局变量之前我们先要明白几个基本的概念:
1. 编译单元(模块):
在IDE开发工具大行其道的今天,对于编译的一些概念很多人已经不再清楚了,很多程序员最怕的就是处理连接错误(LINK ERROR), 因为它不像编译错误那样可以给出你程序错误的具体位置,你常常对这种错误感到懊恼,但是如果你经常使用gcc,makefile等工具在linux或者嵌入式下做开发工作的话,那么你可能非常的理解编译与连接的区别!当在VC这样的开发工具上编写完代码,点击编译按钮准备生成exe文件时,VC其实做了两 步工作,第一步,将每个.cpp(.c)和相应.h文件编译成obj文件;第二步,将工程中所有的obj文件进行LINK生成最终的.exe文件,那么错误就有可能在两个地方产生,一个是编译时的错误,这个主要是语法错误,另一个是连接错误,主要是重复定义变量等。我们所说的编译单元就是指在编译阶段生成
的每个obj文件,一个obj文件就是一个编译单元,也就是说一个cpp(.c)和它相应的.h文件共同组成了一个编译单元,一个工程由很多个编译单元组 成,每个obj文件里包含了变量存储的相对地址等。
2. 声明与定义的区别
函数或变量在声明时,并没有给它实际的物理内存空间,它有时候可以保证你的程序编译通过,但是当函数或变量定义的时候,它就在内存中有了实际的物理空间,如果你在编译模块中引用的外部变量没有在整个工程中任何一个地方定义的话,那么即使它在编译时可以通过,在连接时也会报错,因为程序在内存中找不到这个变量!你也可以这样理解, 对同一个变量或函数的声明可以有多次,而定义只能有一次!
3. extern的作用(见我的另外一篇文章总结)
extern有两个作用,第一个,当它与"C"一起连用时,如: extern "C"void fun(int a, int b); 则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的, C++的规则在翻译这个函数名时会把fun这个名字变得面目全非,可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是别的,这要看编译器的"脾气"了 (不同的编译器采用的方法不一样),为什么这么做呢,因为C++支持函数的重载啊,在这里不去过多的论述这个问题,如果你有兴趣可以去网上搜索,相信你可以得到满意的解释!
当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时,如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字,其声明的函数和变量可以在本模块或者其他模块中使用,记住它是一个声明不是定义!也就是说B模块(编译 单元)要是引用模块(编译单元)A中定义的全局变量或函数时,它只要包含A模块的头文件即可,
在编译阶段,模块B虽然找不到该函数或变量,但它不会报错,它会在连接时从模块A生成的目标代码中找到此函数。
如果你对以上几个概念已经非常明白的话,那么让我们一起来看以下几种全局变量/常量的使用区别:
1. 用extern修饰的全局变量
以上已经说了extern的作用,下面我们来举个例子,如:
在test1.h中有下列声明:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
extern char g_str[]; // 声明全局变量g_str
void fun1();
#endif
在test1.cpp中
#include "test1.h"
char g_str[] = "123456"; // 定义全局变量g_str
void fun1()
{
cout << g_str << endl;
}
以上是test1模块, 它的编译和连接都可以通过,如果我们还有test2模块也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
以上test1和test2可以同时编译连接通过,如果你感兴趣的话可以用ultraEdit打开test1.obj,你可以在里面着"123456"这 个字符串,但是你却不能在test2.obj里面找到,这是因为g_str是整个工程的全局变量,在内存中只存在一份, test2.obj这个编译单元不需要再有一份了,不然会在连接时报告重复定义这个错误!
有些人喜欢把全局变量的声明和定义放在一起,这样可以防止忘记了定义,如把上面test1.h改为
extern char g_str[] = "123456"; // 这个时候相当于没有extern
然后把test1.cpp中的g_str的定义去掉,这个时候再编译连接test1和test2两个模块时,会报连接错误,这是因为你把全局变量 g_str的定义放在了头文件之后,test1.cpp这个模块包含了test1.h所以定义了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定义了g_str,这个时候连接器在连接test1和test2时发现两个g_str。如果你非要把g_str的定义放在test1.h中的话,那么就把test2的代码
中#include "test1.h"去掉换成:
extern char g_str[];
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
这个时候编译器就知道g_str是引自于外部的一个编译模块了,不会在本模块中再重复定义一个出来,但是我想说这样做非常糟糕,因为你由于无法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那么test1.h中声明的其他函数你也无法使用了,除非也用都用extern修饰,这样的话你光声明的函数就要一大串,而且头文件的作用就是要给外部提供接口使用的,所以 请记住,只在头文件中做声明,真理总是这么简单。
2. 用static修饰的全局变量
首先,我要告诉你static与extern是一对“水火不容”的家伙,也就是说extern和static不能同时修饰一个变量;其次,static修 饰的全局变量声明与定义同时进行,也就是说当你在头文件中使用static声明了全局变量后,它也同时被定义了;最后,static修饰全局变量的作用域
只能是本身的编译单元,也就是说它的“全局”只对本编译单元有效,其他编译单元则看不到它,如:
test1.h:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
static char g_str[] = "123456";
void fun1();
#endif
test1.cpp:
#include "test1.h"
void fun1()
{
cout << g_str << endl;
}
test2.cpp
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
以上两个编译单元可以连接成功, 当你打开test1.obj时,你可以在它里面找到字符串"123456", 同时你也可以在test2.obj中找到它们,它们之所以可以连接成功而没有报重复定义的错误是因为虽然它们有相同的内容,但是存储的物理地址并不一样,就像是两个不同变量赋了相同的值一样,而这两个变量分别作用于它们各自的编译单元。
也许你比较较真,自己偷偷的跟踪调试上面的代码,结果你发现两个编译单元(test1, test2)的g_str的内存地址相同,于是你下结论static修饰的变量也可以作用于其他模块,但是我要告诉你,那是你的编译器在欺骗你,大多数编 译器都对代码都有优化功能,以达到生成的目标程序更节省内存,执行效率更高,当编译器在连接各个编译单元的时候,它会把相同内容的内存只拷贝一份,比如上面的"123456", 位于两个编译单元中的变量都是同样的内容,那么在连接的时候它在内存中就只会存在一份了,如果你把上面的代码改成下面的样子,你马上就可以拆穿编译器的谎言:
test1.cpp:
#include "test1.h"
void fun1()
{
g_str[0] = 'a';
cout << g_str << endl;
}
test2.cpp
#include "test1.h"
void fun2()
{
cout << g_str << endl;
}
void main()
{
fun1(); // a23456
fun2(); // 123456
}
这个时候你在跟踪代码时,就会发现两个编译单元中的g_str地址并不相同,因为你在一处修改了它,所以编译器被强行的恢复内存的原貌,在内存中存在了两份拷贝给两个模块中的变量使用。
正是因为static有以上的特性,所以一般定义static全局变量时,都把它放在原文件中而不是头文件,这样就不会给其他模块造成不必要的信息污染,同样记住这个原则吧!
5 extern "C"
1.引言
C++语言的创建初衷是“a better C”,但是这并不意味着C++中类似C语言的全局变量和函数所采用的编译和连接方式与C语言完全相同。作为一种欲与C兼容的语言,C++保留了一部分过程 式语言的特点(被世人称为“不彻底地面向对象”),因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是,C++毕竟是一种面向对象的程序设计语言,为了支持函数的重载,C++对全局函数的处理方式与C有明显的不同。
2.从标准头文件说起
某企业曾经给出如下的一道面试题:
面试题
为什么标准头文件都有类似以下的结构?
#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __INCvxWorksh */
分析
显然,头文件中的编译宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止该头文件被重复引用。
那么
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#ifdef __cplusplus
}
#endif
的作用又是什么呢?我们将在下文一一道来。
3.深层揭密extern "C"
extern "C" 包含双重含义,从字面上即可得到:首先,被它修饰的目标是“extern”的;其次,被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。
被extern "C"限定的函数或变量是extern类型的;
extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围(可见性)的关键字,该关键字告诉编译器,其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住,下列语句:
extern int a;
仅仅是一个变量的声明,其并不是在定义变量a,并未为a分配内存空间。变量a在所有模块中作为一种全局变量只能被定义一次,否则会出现连接错误。
通常,在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字extern声明。例如,如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样,模块B中调用模块A中的函数 时,在编译阶段,模块B虽然找不到该函数,但是并不会报错;它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。
与extern对应的关键字是static,被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此,一个函数或变量只可能被本模块使用时,其不可能被extern “C”修饰。
被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的;
未加extern “C”声明时的编译方式
首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。
作为一种面向对象的语言,C++支持函数重载,而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如,假设某个函数的原型为:
void foo( int x, int y );
该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo,而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字(不同的编译器可能生成的名字不同,但是都采用了相同的机制,生成的新名字称为“mangled name”)。
_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息,C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如,在C++中,函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的,后者为_foo_int_float。
同样地,C++中的变量除支持局部变量外,还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名,我们以"."来区分。而本质 上,编译器在进行编译时,与函数的处理相似,也为类中的变量取了一个独一无二的名字,这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。
未加extern "C"声明时的连接方式
假设在C++中,模块A的头文件如下:
// 模块A头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif
在模块B中引用该函数:
// 模块B实现文件 moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(2,3);
实际上,在连接阶段,连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号!
加extern "C"声明后的编译和连接方式
加extern "C"声明后,模块A的头文件变为:
// 模块A头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif
在模块B的实现文件中仍然调用foo(2,3 ),其结果是:
(1)模块A编译生成foo的目标代码时,没有对其名字进行特殊处理,采用了C语言的方式;
(2)连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时,寻找的是未经修改的符号名_foo。
如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型,而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ,则模块B找不到模块A中的函数;反之亦然。
所以,可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的(任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的,来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时,不能只停留在这个语言是怎么做的,还要问一问它为什么要这么做,动机是什么,这样我们可以更深入地理解许多问题):
实现C++与C及其它语言的混合编程。
明白了C++中extern "C"的设立动机,我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。
4.extern "C"的惯用法
(1)在C++中引用C语言中的函数和变量,在包含C语言头文件(假设为cExample.h)时,需进行下列处理:
extern "C"
{
#include "cExample.h"
}
而在C语言的头文件中,对其外部函数只能指定为extern类型,C语言中不支持extern"C"声明,在.c文件中包含了extern"C"时会出现编译语法错误。
笔者编写的C++引用C函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下:
/* c语言头文件:cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y); (这里的extern可以省略,C中,函数默认是extern的)
#endif
/* c语言实现文件:cExample.c */
#include "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
// c++实现文件,调用add:cppFile.cpp
extern "C"
{
#include "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[])
{
add(2,3);
return 0;
}
如果C++调用一个C语言编写的.DLL时,当包括.DLL的头文件或声明接口函数时,应加extern "C" { }。
(2)在C中引用C++语言中的函数和变量时,C++的头文件需添加extern "C",但是在C语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件,应该仅将C文件中将C++中定义的extern"C"函数声明为extern类型。
笔者编写的C引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下:
//C++头文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
//C++实现文件 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
/* C实现文件 cFile.c
/* 这样会编译出错:#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main( int argc, char* argv[] )
{
add( 2, 3 );
return 0;
}
如果深入理解了第3节中所阐述的extern "C"在编译和连接阶段发挥的作用,就能真正理解本节所阐述的从C++引用C函数和C引用C++函数的惯用法。对第4节给出的示例代码,需要特别留意各个细节。
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