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解析C++中的內部連接與外部連接

在介紹C++中的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：

 
 
    
  
  
  1. int foo(int,int); //函數(shù)前置聲明 
    2. 
  
  
  2. typedef int Int; //typedef 聲明 
    3. 
  
  
  3. class bar; //類前置聲明 
    4. 
  
  
  4. extern int g_var; //外部引用聲明 
    5. 
  
  
  5. class bar; //類前置聲明 
    6. 
  
  
  6. typedef int Int; //typedef 聲明 
    7. 
  
  
  7. extern int g_var; //外部引用聲明 
    8. 
  
  
  8. friend test; //友員聲明 
    9. 
  
  
  9. using std::cout; //名字空間引用聲明 
    10. 
  
  
  10. friend test; //友員聲明 
    11. 
  
  
  11. using std::cout; //名字空間引用聲明 
    12. 
  
  
  12. int foo(int,int); //函數(shù)前置聲明
    13.

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(shù)及靜態(tài)數(shù)據成員的聲明

 
 
    
  
  
  1. class foo  
    2. 
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  3. 　static int i;  
    4. 
  
  
  4. 　static int i;//不可以  
    5. 
  
  
  5. 　public:  
    6. 
  
  
  6. int foo();  
    7. 
  
  
  7. int foo();//不可以  
    8. 
  
  
  8. };
    9.

2.定義

一個定義提供一個實體(類型、實例、函數(shù))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。

 
 
    
  
  
  1. int y; 
    2. 
  
  
  2. class foo {...}; 
    3. 
  
  
  3. struct bar {...}; 
    4. 
  
  
  4. foo* p; 
    5. 
  
  
  5. static int i; 
    6. 
  
  
  6. enum Color{RED,GREEN,BLUE}; 
    7. 
  
  
  7. const double PI = 3.1415; 
    8. 
  
  
  8. union Rep{...}; 
    9. 
  
  
  9. void test(int p) {}; 
    10. 
  
  
  10. foo a; 
    11. 
  
  
  11. bar b;
    12.

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(lián)系起來，構成一個可執(zhí)行程序。

4.自由函數(shù)

如果一個函數(shù)是自由函數(shù)，那么這個函數(shù)不是類的成員函數(shù)，也不是友元函數(shù)。

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(tǒng)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(tài)自由函數(shù)、靜態(tài)友元函數(shù)、靜態(tài)變量的定義

c)enum定義

d)inline函數(shù)定義(包括自由函數(shù)和非自由函數(shù))

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(shù)總有外部連接。包括類成員函數(shù)和類靜態(tài)成員函數(shù)

b)類靜態(tài)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(tài)自由函數(shù)、非靜態(tài)友元函數(shù)及非靜態(tài)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(fā)生發(fā)現(xiàn)多個符號的錯誤。

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. typedef int Int; //typedef 聲明，內部連接 
    3. 
  
  
  3. enum Color{red}; //enum定義,內部連接 
    4. 
  
  
  4. union X //union定義，內部連接 
    5. 
  
  
  5. { 
    6. 
  
  
  6. 　long a; 
    7. 
  
  
  7. 　char b[10]; 
    8. 
  
  
  8. }; 
    9. 
  
  
  9. int main(void) 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11. Int i = red; 
    12. 
  
  
  12. return i; 
    13. 
  
  
  13. } 
    14. 
  
  
  14. // a.cpp 
    15. 
  
  
  15. typedef int Int; //在a.cpp中重聲明一個int類型別名，在連接時不會發(fā)生錯誤 
    16. 
  
  
  16. enum Color{blue}; //在a.cpp中重定義了一個enum Color，在連接時不會發(fā)生錯誤 
    17. 
  
  
  17. const Int i =blue; //const常量定義，內部連接 
    18. 
  
  
  18. union X //union定義，內部連接 
    19. 
  
  
  19. { 
    20. 
  
  
  20. 　long a; 
    21. 
  
  
  21. 　char b[10]; 
    22. 
  
  
  22. };
    23.

b)名字空間中靜態(tài)自由函數(shù)、靜態(tài)友元函數(shù)、靜態(tài)變量、const常量定義有內部連接

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. namespace test 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. 　int foo(); //函數(shù)聲明，內部連接 
    5. 
  
  
  5. 　static int i = 0; //名字空間靜態(tài)變量定義，內部連接 
    6. 
  
  
  6. 　static int foo() { return 0;} //名字空間靜態(tài)函數(shù)定義，內部連接 
    7. 
  
  
  7. } 
    8. 
  
  
  8. static int i = 0; //全局靜態(tài)變量定義，內部連接 
    9. 
  
  
  9. static int foo() {return 1;} //全局靜態(tài)函數(shù)定義，內部連接 
    10. 
  
  
  10. const int k = 0; //全局const常量定義，內部連接 
    11. 
  
  
  11. int main(void) 
    12. 
  
  
  12. { 
    13. 
  
  
  13. 　return 0; 
    14. 
  
  
  14. } 
    15. 
  
  
  15. //a.cpp 
    16. 
  
  
  16. namespace test 
    17. 
  
  
  17. { 
    18. 
  
  
  18. 　int i = 0; //名字空間變量定義，外部連接 
    19. 
  
  
  19. 　int foo() {return 0;} //名字空間函數(shù)定義，外部連接 
    20. 
  
  
  20. } 
    21. 
  
  
  21. int i = 0; //全局變量定義，外部連接 
    22. 
  
  
  22. int k = 0; //全局變量定義，外部連接 
    23. 
  
  
  23. int foo() { return 2;} //全局函數(shù)定義，外部連接
    24.

在全局名字空間中，main.cpp中定義了靜態(tài)變量i,常量k,及靜態(tài)自由函數(shù)foo等，這些都有內部連接。如果你將這些變量或函數(shù)的static或是const修飾符去掉，在連接時就會現(xiàn)multiply defined symbols錯誤，它們與a.cpp中的全局變量、全局函數(shù)發(fā)生沖突。

c)類定義總有內部連接,而非inline類成員函數(shù)定義總有外部連接，不論這個成員函數(shù)是靜態(tài)、虛擬還是一般成員函數(shù)，類靜態(tài)數(shù)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:

 
 
    
  
  
  1. //main.cpp 
    2. 
  
  
  2. class B //類定義，內部連接 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. 　static int s_i; //靜態(tài)類成員聲明，內部連接  
    5. 
  
  
  5. 　public: 
    6. 
  
  
  6. void foo() { ++s_i;} //類inline函數(shù)，內部連接 
    7. 
  
  
  7. }; 
    8. 
  
  
  8. struct D  
    9. 
  
  
  9. { 
    10. 
  
  
  10. 　void foo(); //類成員函數(shù)聲明，內部連接 
    11. 
  
  
  11. }; 
    12. 
  
  
  12. int B::s_i = 0; //類靜態(tài)數(shù)據成員定義，外部連接 
    13. 
  
  
  13. void D::foo() //類成員函數(shù)定義，外部連接 
    14. 
  
  
  14. {  
    15. 
  
  
  15. 　cout << "D::foo in main.cpp" <
  
  
  16. } 
    17. 
  
  
  17. int main() //main函數(shù)，全局自由函數(shù)，外部連接 
    18. 
  
  
  18. { 
    19. 
  
  
  19. 　B b; 
    20. 
  
  
  20. 　D d; 
    21. 
  
  
  21. 　return 0; 
    22. 
  
  
  22. } 
    23. 
  
  
  23. //a.cpp 
    24. 
  
  
  24. class B 
    25. 
  
  
  25. { 
    26. 
  
  
  26. 　int k; 
    27. 
  
  
  27. }; 
    28. 
  
  
  28. struct D 
    29. 
  
  
  29. { 
    30. 
  
  
  30. 　int d; 
    31. 
  
  
  31. };
    32.

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(fā)生link錯誤。

2.類的非inline成員函數(shù)(一般，靜態(tài)，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(shù)時，就能連接到正確的類成員函數(shù)上，繼續(xù)以上面為例子，如果把a.cpp中的struct D改為

 
 
    
  
  
  1. struct D //類定義 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3. 　int d; 
    4. 
  
  
  4. 　void foo(); //類成員函數(shù)聲明 
    5. 
  
  
  5. }; 
    6. 
  
  
  6. void D::foo() //類成員函數(shù)定義，外部連接 
    7. 
  
  
  7. { 
    8. 
  
  
  8. 　cout << " D::foo in a.cpp" <
  
  
  9. }
    10.

這時main.cpp與a.cpp中的D::foo都有外部連接，在連接就會出現(xiàn)multiply defined symbols錯。

3.類的靜態(tài)數(shù)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(tài)數(shù)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(shù)總有內部連接，不論這個函數(shù)是什么函數(shù)

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. inline int foo() { return 1;} //inline全局函數(shù)，內部連接 
    3. 
  
  
  3. class Bar //類定義，內部連接 
    4. 
  
  
  4. { 
    5. 
  
  
  5. 　public: 
    6. 
  
  
  6. static int f() { return 2;} //inline 類靜態(tài)函數(shù)，內部連接 
    7. 
  
  
  7. int g(int i) { return i;} //inline 類成員函數(shù)，內部連接 
    8. 
  
  
  8. }; 
    9. 
  
  
  9. class Base 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11. 　public: 
    12. 
  
  
  12. inline int k()； //類成員函數(shù)聲明，內部連接 
    13. 
  
  
  13. }； 
    14. 
  
  
  14. inline int Base::k(){return 5;} //inline 類成員函數(shù)，內部連接 
    15. 
  
  
  15. int main(void) 
    16. 
  
  
  16. { 
    17. 
  
  
  17. 　return 0; 
    18. 
  
  
  18. }
    19.

如果你的Base類是定義在Base.h中，而Base的inline 函數(shù)是在Base.cpp中定義的，那么在main.cpp中include "Base.h"編譯不會出現(xiàn)問題，但在連接時會找不到函數(shù)k，所以類的inline函數(shù)***放到頭文件中，讓每一個包含頭文件的cpp都能找到inline函數(shù)。

現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shù)、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(shù)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(shù)不能被inline)。


本文標題：解析C++中的內部連接與外部連接
標題來源：http://www.5511xx.com/article/dpgedpg.html