C++的内部链接、外部链接及inline函数的探讨

先是几个概念：
编译单元：

首先明确，只有源文件（.cpp/.c）才能被编译器编译。预处理器首先递归包含头文件，形成一个含所有必要信息的单个源文件，此源文件就是一个编译单元。

我可将其理解为被预处理后，包含头文件的.cpp文件。

内部连接：

如果一个编译单元(.cpp)内的名称对编译单元(.cpp)来说是局部的，在链接的时候其他的编译单元无法链接到它且不会与其它编译单元(.cpp)中的同样的名称相冲突。

如被定义为inline的函数（关键字inline须与函数定义体放在一起才能使函数成为内联，仅将inline放在函数声明前不起作用），static函数（关键字static只要放在函数声明前就可以了），还有类(类中定义的函数一般会被处理成inline)。

外部连接：

如果一个编译单元(.cpp)内的名称对编译单元(.cpp)来说不是局部的，而在链接的时候其他的编译单元可以访问它，也就是说它可以和别的编译单元交互。如全局变量，全局函数等。

有个a.cpp:

#include <stdio.h>

static void func(void)
{
printf("call func()\n");
}

//inline void func(void)
//{
//	printf("call func()\n");
//}

以及一个main.cpp:

#include<stdio.h>

extern void func(void);

int main()
{
func();
return 0;
}

编辑结果：



由于a.cpp内的两个函数都属于内部连接，即便main.cpp中声明了func()为extern，依然无法连接。

此时，如果main.cpp想使用func()，必须在main.cpp内加上

#include "a.cpp"

这样虽然显得很蠢，却也道出了inline函数为什么要在头文件内定义的原因：

1. inline类似与宏，在预编译期间展开。各个.cpp文件包含头文件即是为了定义一份，在其调用之处展开以减少函数调用的开销（调用前先保存寄存器，并在返回时恢复，复制实参，程序还必须转向一个新位置执行）。

如果在.cpp文件中定义，可以。
只不过每个使用这个"inline函数"的.cpp文件都要包含这个.cpp，或者在每个.cpp文件内都定义这么一个"inline函数"：这样毫无意义。

2. 在一个a.h文件中定义一个非inline
retAobj函数，供a.cpp main.cpp多个文件调用。编译时不报错而链接时将报错

/tmp/cc0hqPdZ.o: In function `retAobj()':

a.cpp:(.text+0x0): multiple definition of `retAobj()'

/tmp/ccZ5WVA1.o:main.cpp:(.text+0x0): first defined here

collect2: error: ld returned 1 exit status

这是因为retAobj函数属于外部链接，头文件在两个cpp文件展开后，链接器认为同一个retAobj有两份定义，导致名称冲突而报错。指定为inline后即便名字相同，链接器认为是两个cpp文件内有两个不同的retAobj函数没问题。这是h文件中指定函数inline的另一个原因。一般而言，h文件只提供声明式而非定义（出于降低编译依赖，或者第三方类库隐藏实现等原因），inline则是一个特例。

tips：More Effective C++的条款26提到，

class Printer{
...
friend Printer& thePrinter();
...
}

Printer& thePrinter()
{
static Printer p;
return p;
}

其中非成员函数thePrinter()虽然简短，但不能声明为inline的原因：

static Printer p是个local static对象（local static对象在函数调用时构造；非local static对象在main()开始前就已被构造）
thePrinter()如果是个inline函数，编译器会对该inline展开多份，也导致复制了多份static变量，与初衷违背。

但是经尝试，无论thePrinter()是否inline，都不会导致其内的static Printer p复制多份。最新C++标准规定，extern inline（不写 static 默认就是 extern ）里的static变量一定是同一个对象。所以这里的thePrinter()属于external inline。当然了，extern
inline还是inline函数，函数还是会被展开多份而不冲突，只不过里面的static对象确保是同一个。

参考：点击打开链接