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解析C++中的內部連接與外部連接
作者： 時間： 2004年5月28日 15:56:24 來源：天極論壇 在說內部連接與外部連接前，先說明一些概念。 1.聲明 一個聲明將一個名稱引入一個作用域; 在c++中，在一個作用域中重復一個聲明是合法的 以下都是聲明： int foo(int,int); //函數前置聲明 typedef int
作者： 時間： 2004年5月28日 15:56:24 來源：天極論壇在說內部連接與外部連接前，先說明一些概念。
1.聲明
一個聲明將一個名稱引入一個作用域;
在c++中，在一個作用域中重復一個聲明是合法的
以下都是聲明：
| int foo(int,int); //函數前置聲明 typedef int Int; //typedef 聲明 class bar; //類前置聲明 extern int g_var; //外部引用聲明 class bar; //類前置聲明 typedef int Int; //typedef 聲明 extern int g_var; //外部引用聲明 friend test; //友員聲明 using std::cout; //名字空間引用聲明 friend test; //友員聲明 using std::cout; //名字空間引用聲明 int foo(int,int); //函數前置聲明 |
在同一個作用域中你可以多次重復這些聲明。
有兩種聲明不能重復，那就是類成員函數及靜態數據成員的聲明
class foo
{
static int i;
static int i;//不可以
public:
int foo();
int foo();//不可以
};
2.定義
一個定義提供一個實體(類型、實例、函數)在一個作用域的唯一描述。
在同一作用域中不可重復定義一個實體。
以下都是定義。
| int y; class foo ; struct bar ; foo* p; static int i; enum Color; const double PI = 3.1415; union Rep; void test(int p) {}; foo a; bar b; |
3.編譯單元
當一個c或cpp文件在編譯時，預處理器首先遞歸包含頭文件，形成一個含有所有 必要信息的單個源文件,這個源文件就是一個編譯單元。這個編譯單元會被編譯成為一個與cpp文件名同名的目標文件(.o或是.obj)。連接程序把不同編 譯單元中產生的符號聯系起來，構成一個可執行程序。
4.自由函數
如果一個函數是自由函數，那么這個函數不是類的成員函數，也不是友元函數。
下面來看內部連接和外部連接
內部連接：如果一個名稱對于它的編譯單元來說是局部的，并且在連接時不會與其它編譯單元中的同樣的名稱相沖突，那么這個名稱有內部連接(注：有時也將聲明看作是無連接的，這里我們統一看成是內部連接的)。
以下情況有內部連接:
a)所有的聲明
b)名字空間(包括全局名字空間)中的靜態自由函數、靜態友元函數、靜態變量的定義
c)enum定義
d)inline函數定義(包括自由函數和非自由函數)
e)類的定義
f)名字空間中const常量定義
g)union的定義
外部連接:在一個多文件程序中，如果一個名稱在連接時可以和其它編譯單元交互，那么這個名稱就有外部連接。
以下情況有外部連接:
a)類非inline函數總有外部連接。包括類成員函數和類靜態成員函數
b)類靜態成員變量總有外部連接。
c)名字空間(包括全局名字空間)中非靜態自由函數、非靜態友元函數及非靜態變量
下面舉例說明：
a)聲明、enum定義、union定義有內部連接
所有的聲明、enum定義及union定義在編譯后不會產生連接符號，也就是在不同編譯單元中有相同名稱的聲明及enum、union定義并不會在連接時發生發現多個符號的錯誤。
| // main.cpp typedef int Int; //typedef 聲明，內部連接 enum Color; //enum定義,內部連接 union X //union定義，內部連接 { long a; char b[10]; }; int main(void) { Int i = red; return i; } // a.cpp typedef int Int; //在a.cpp中重聲明一個int類型別名，在連接時不會發生錯誤 enum Color; //在a.cpp中重定義了一個enum Color，在連接時不會發生錯誤 const Int i =blue; //const常量定義，內部連接 union X //union定義，內部連接 { long a; char b[10]; }; |
b)名字空間中靜態自由函數、靜態友元函數、靜態變量、const常量定義有內部連接
| // main.cpp namespace test { int foo(); //函數聲明，內部連接 static int i = 0; //名字空間靜態變量定義，內部連接 static int foo() { return 0;} //名字空間靜態函數定義，內部連接 } static int i = 0; //全局靜態變量定義，內部連接 static int foo() {return 1;} //全局靜態函數定義，內部連接 const int k = 0; //全局const常量定義，內部連接 int main(void) { return 0; } //a.cpp namespace test { int i = 0; //名字空間變量定義，外部連接 int foo() {return 0;} //名字空間函數定義，外部連接 } int i = 0; //全局變量定義，外部連接 int k = 0; //全局變量定義，外部連接 int foo() { return 2;} //全局函數定義，外部連接 |
在全局名字空間中，main.cpp中定義了靜態變量i,常量k,及靜態自由函數foo等，這些都有內部連接。如果你將這些變量或函數的static或 是const修飾符去掉，在連接時就會現multiply defined symbols錯誤，它們與a.cpp中的全局變量、全局函數發生沖突。
c)類定義總有內部連接,而非inline類成員函數定義總有外部連接，不論這個成員函數是靜態、虛擬還是一般成員函數，類靜態數據成員定義總有外部連接。
1.類的定義有內部連接。如果不是，想象一下你在4個cpp文件中include定義了類Base的頭文件，在4個編譯單元中的類Base都有外部連接，在連接的時候就會出錯。
看下面的例子:
| //main.cpp class B //類定義，內部連接 { static int s_i; //靜態類成員聲明，內部連接 public: void foo() { ++s_i;} //類inline函數，內部連接 }; struct D { void foo(); //類成員函數聲明，內部連接 }; int B::s_i = 0; //類靜態數據成員定義，外部連接 void D::foo() //類成員函數定義，外部連接 { cout << "D::foo in main.cpp" < } int main() //main函數，全局自由函數，外部連接 { B b; D d; return 0; } //a.cpp class B { int k; }; struct D { int d; }; |
在這個例子中，main.cpp與a.cpp中都有class B和class D的定義，但在編譯這兩個cpp文件時并不發生link錯誤。
2.類的非inline成員函數(一般，靜態，虛擬都是)總有外部連接，這樣當你include了某個類的頭文件，使用這個類的函數時，就能連接到正確的類成員函數上，繼續以上面為例子，如果把a.cpp中的struct D改為
| struct D //類定義 { int d; void foo(); //類成員函數聲明 }; void D::foo() //類成員函數定義，外部連接 { cout << " D::foo in a.cpp" < } |
這時main.cpp與a.cpp中的D::foo都有外部連接，在連接就會出現multiply defined symbols錯。
3.類的靜態數據成員有外部連接，如上例的B::s_i,這樣當你在main.cpp中定義了類靜態數據成員，其它編譯單元若使用了B::s_i,就會連接到main.cpp對應編譯單元的s_i。
d)inline函數總有內部連接，不論這個函數是什么函數
| // main.cpp inline int foo() { return 1;} //inline全局函數，內部連接 class Bar //類定義，內部連接 { public: static int f() { return 2;} //inline 類靜態函數，內部連接 int g(int i) { return i;} //inline 類成員函數，內部連接 }; class Base { public: inline int k()； //類成員函數聲明，內部連接 }； inline int Base::k(){return 5;} //inline 類成員函數，內部連接 int main(void) { return 0; } |
如果你的Base類是定義在Base.h中，而Base的inline 函數是在Base.cpp中定義的，那么在main.cpp中include "Base.h"編譯不會出現問題，但在連接時會找不到函數k，所以類的inline函數最好放到頭文件中，讓每一個包含頭文件的cpp都能找到 inline函數。
現在對c++中的連接有了一個認識，能清楚的知道是什么原因產生連接時錯誤。當你在連接時產生連接不到的錯誤，這 說明所有的編譯單元都沒有這個實體的外部連接；當你在連接時發現有多個連接實體，這說明有多個編譯單元提供了同名的有外部連接的實體。同時，在進行程序設 計時，也要注意不要使只有本編譯單元用到的函數、類、變量等有外部連接，減少與其它編譯單元的連接沖突。
不過在這里沒有說明template函數及template class的連接性，并且對一些特別的情況也沒有作出說明(比如inline函數不能被inline)。
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