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解析C++中的內部連接與外部連接

編輯:C++入門知識

  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{RED,GREEN,BLUE};
  
  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
  
  假如一個函數是自由函數,那麼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:假如一個名稱對於它的編譯單元來說是局部的,並且在連接時不會與其它編譯單元中的同樣的名稱相沖突,那麼這個名稱有內部連接(注:有時也將聲明看作是無連接的,這裡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,假如一個名稱在連接時可以和其它編譯單元交互,那麼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定義在編譯後不會產生連接符號,也就是在不同編譯單元中有相同名稱的聲明及enum、union定義並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{red}; //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{blue}; //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。假如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。 QQ病毒 騰訊QQ空間代碼專題 PPT教程專題 ADSL應用面面俱到 Fireworks教程專題 計算機和網絡技術基礎知識 校園網專題 網吧技術專題
     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。假如不是,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" <<endl;
  }
  
  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文件時並不發生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,假如把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" <<endl;
  }
  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,不論這個函數是什麼函數
  
   // 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;
  }
  假如你的Base類是定義在Base.h中,而Base的inline 函數是在Base.cpp中定義的,那麼在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++中的連接有了一個熟悉,能清楚的知道是什麼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,也要注重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。
  
  不過在這裡沒有說明template函數及template class的連接性,並且對一些非凡的情況也沒有作出說明(比如inline函數不能被inline)。
 
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