鏈接性

鏈接性是指名稱在不同文件之間能否共享，而作用域是指名稱在文件內(nèi)部哪些范圍可見(jiàn)。

這里的文件并非開(kāi)發(fā)時(shí)創(chuàng)建的文件，而是將文件的 include 內(nèi)容全部遞歸包含進(jìn)來(lái)之后，形成的大文件。

這一點(diǎn)也是與Go等一些語(yǔ)言不同。在Go語(yǔ)言中，文件是按包(package)組織，所有依賴的包都需要直接或間接import進(jìn)來(lái)。也就是從main開(kāi)始遞歸import得到的就是我們依賴的所有文件。

但C++不同。C++源文件主要分.h 和 .cpp兩種，一般我們都只會(huì)include .h文件，而不會(huì)include .cpp文件。因此，.cpp文件之間其實(shí)沒(méi)有直接關(guān)聯(lián)，需要通過(guò)cmakelist等方式告訴編譯器，我們的程序涉及到哪些源文件。

而C++在編譯時(shí)，會(huì)首先將include的文件內(nèi)容全部遞歸包含進(jìn)來(lái)，形成一個(gè)大的文件，這個(gè)大文件是一個(gè)編譯單元，也就是上面鏈接性所說(shuō)的文件。其實(shí)，C++的宏定義的可使用范圍，也是在這個(gè)大文件內(nèi)。

鏈接性有三種：

• 外部鏈接性：一個(gè)文件聲明的名稱可以在另一個(gè)文件中使用
• 內(nèi)部鏈接性：聲明的名稱只能在文件內(nèi)使用
• 無(wú)鏈接性：意味著只能在函數(shù)或代碼塊內(nèi)使用

自動(dòng)類型變量都沒(méi)有鏈接性，而靜態(tài)類型變量可以有三種鏈接性。那么如何定義這三種鏈接性的靜態(tài)變量呢？

外部鏈接性

鏈接性為外部的變量也叫外部變量，也稱全局變量。外部變量在函數(shù)外聲明，不加static關(guān)鍵字。外部變量可以在所有文件使用。

對(duì)于函數(shù)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有加inline和static關(guān)鍵字的函數(shù)，都具有外部鏈接性。

說(shuō)到外部，可能會(huì)想到一個(gè)關(guān)鍵字：extern。這個(gè)關(guān)鍵字有什么用？實(shí)際上它是用來(lái)做引用聲明。因?yàn)槿绻胧褂闷渌募卸x的外部變量，不能直接使用，而是要先進(jìn)行引用聲明，表示要引用這個(gè)外部變量，這里就需要用到關(guān)鍵字extern。例如：

// file1.cpp
int foo = 1;

// file2.cpp
extern int foo;
// extern int foo = 1; WRONG
cout << foo;

file1.cpp 在函數(shù)之外定義了全局變量foo，在file2.cpp中，用extern關(guān)鍵字聲明之后，即可使用foo了。注意，extern語(yǔ)句中不能初始化foo，否則這里就變成定義而不是引用聲明，導(dǎo)致重復(fù)定義全局變量foo，編譯錯(cuò)誤。

單定義規(guī)則

對(duì)于外部變量，每個(gè)使用它的文件都必須聲明它。而C++又有“單定義規(guī)則”，即鏈接性為外部的函數(shù)和變量可以有多個(gè)聲明，但只能有一個(gè)定義。這里再明確下這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)：“定義聲明”，簡(jiǎn)稱“定義”；“引用聲明”，簡(jiǎn)稱“聲明”。

為了實(shí)現(xiàn)單定義規(guī)則，編譯器要知道這一行代碼是在聲明還是在定義，那怎么區(qū)分聲明還是定義呢？

對(duì)于函數(shù)來(lái)說(shuō)，區(qū)分聲明和定義很簡(jiǎn)單，有函數(shù)體則是定義，否則為聲明。而變量則不同，前面所謂的變量聲明，對(duì)于編譯器來(lái)說(shuō)都是定義，都分配了存儲(chǔ)空間。如何聲明一個(gè)變量而不分配存儲(chǔ)空間呢？關(guān)鍵字extern就派上用場(chǎng)了，使用extern關(guān)鍵字且沒(méi)有進(jìn)行初始化，則為聲明，不會(huì)分配存儲(chǔ)空間，否則為定義。

C++初學(xué)者可能還不太明白為什么C++中都要把函數(shù)聲明放在.h文件，把函數(shù)定義放在.cpp文件中。其實(shí)用單定義規(guī)則就很好解釋了。函數(shù)如果沒(méi)有加inline和static，即具有外部鏈接性，如果把定義放在.h文件中，這個(gè).h文件會(huì)被多個(gè).cpp文件引用，編譯時(shí)會(huì)形成多個(gè)副本，相當(dāng)于被定義了多次。

總之，.h文件中只能放聲明，或者沒(méi)有外部鏈接性的定義。

可能有小伙伴發(fā)現(xiàn)，有些定義在函數(shù)外的靜態(tài)變量沒(méi)有加static，也會(huì)放在.h文件中，為什么可以呢？其實(shí)const變量默認(rèn)會(huì)添加static，鏈接性變?yōu)閮?nèi)部。而如果想要聲明為外部變量，則需要加上external：

const int foo = 10;  // 鏈接性為內(nèi)部
extern const int bar = 10; // 鏈接性為外部

內(nèi)部鏈接性

前面說(shuō)了，定義在函數(shù)外部的變量默認(rèn)是全局變量，具有外部鏈接性。但如果加上static說(shuō)明符，則變成內(nèi)部鏈接性。對(duì)于函數(shù)也一樣，加上static則變?yōu)閮?nèi)部鏈接性。

在函數(shù)外定義的變量，static的含義與局部變量中static的含義不同。前者表示鏈接性為內(nèi)部，后者表示存儲(chǔ)持續(xù)性為靜態(tài)。這也可以稱為關(guān)鍵字重載，即關(guān)鍵字在不同上下文中有不同含義。

具有內(nèi)部鏈接性的變量或函數(shù)，可以在不同文件中有多個(gè)定義。內(nèi)部鏈接性的變量也可以與同名外部變量同時(shí)存在，這時(shí)內(nèi)部變量將隱藏外部變量。對(duì)函數(shù)來(lái)說(shuō)也一樣。

無(wú)鏈接性

定義在函數(shù)或代碼塊內(nèi)的局部變量沒(méi)有鏈接性，只能在局部使用。如果加上static修飾則為靜態(tài)變量，雖然在程序運(yùn)行期間會(huì)一直存在，但只有在代碼塊內(nèi)才能使用。

總結(jié)

下面總結(jié)一下前面提到的不同存儲(chǔ)持續(xù)性與鏈接性的變量。

• 自動(dòng)存儲(chǔ)持續(xù)性，無(wú)鏈接性

在代碼塊內(nèi)定義

• 靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)性，無(wú)鏈接性

在代碼塊內(nèi)定義，用static關(guān)鍵字

• 靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)性，內(nèi)部鏈接性

在代碼塊外定義，用static關(guān)鍵字 或const修飾

• 靜態(tài)存儲(chǔ)持續(xù)性，外部鏈接性

在代碼塊外定義。引用聲明則需要用extern