C C++中关于全局变量静态变量，extern，static，const的区别与总结

一.extern

1 基本解释

extern可以置于变量或者函数前，以标示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。此外extern也可用来进行链接指定。

也就是说extern有两个作用，第一个,当它与"C"一起连用时，如: extern “C” void fun(int a, int b);则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的，C++的规则在翻译这个函数名时会把fun这个名字变得面目全非，可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是别的，这要看编译器的"脾气"了(不同的编译器采用的方法不一样)，为什么这么做呢，因为C++支持函数的重载啊，在这里不去过多的论述这个问题，如果你有兴趣可以去网上搜索，相信你可以得到满意的解释!
第二，当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时，如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字，其声明的函数和变量可以在本模块活其他模块中使用，记住它是一个声明不是定义!也就是说B模块(编译单元)要是引用模块(编译单元)A中定义的全局变量或函数时，它只要包含A模块的头文件即可,在编译阶段，模块B虽然找不到该函数或变量，但它不会报错，它会在连接时从模块A生成的目标代码中找到此函数。

2 问题：extern 变量

在一个源文件里定义了一个数组：char a[6];
　　在另外一个文件里用下列语句进行了声明：extern char *a；
　　请问，这样可以吗？
　　答案与分析：
　　1)、不可以，程序运行时会告诉你非法访问。原因在于，指向类型T的指针并不等价于类型T的数组。extern char a声明的是一个指针变量而不是字符数组，因此与实际的定义不同，从而造成运行时非法访问。应该将声明改为extern char a[ ]。
　　2)、例子分析如下，如果a[] = “abcd”,则外部变量a=0x61626364 (abcd的ASCII码值)，a显然没有意义
　　显然a指向的空间（0x61626364）没有意义，易出现非法内存访问。
　　3)、这提示我们，在使用extern时候要严格对应声明时的格式，在实际编程中，这样的错误屡见不鲜。
　　4)、extern用在变量声明中常常有这样一个作用，你在.c文件中声明了一个全局的变量，这个全局的变量如果要被引用，就放在.h中并用extern来声明。

3 问题：当方面修改extern 函数原型

当函数提供方单方面修改函数原型时，如果使用方不知情继续沿用原来的extern申明，这样编译时编译器不会报错。但是在运行过程中，因为少了或者多了输入参数，往往会照成系统错误，这种情况应该如何解决？
　　答案与分析：
　　目前业界针对这种情况的处理没有一个很完美的方案，通常的做法是提供方在自己的xxx_pub.h中提供对外部接口的声明，然后调用方include该头文件，从而省去extern这一步。以避免这种错误。
　　宝剑有双锋，对extern的应用，不同的场合应该选择不同的做法。

4 问题：extern “C”

在C++环境下使用C函数的时候，常常会出现编译器无法找到obj模块中的C函数定义，从而导致链接失败的情况，应该如何解决这种情况呢？

答案与分析：
　　C++语言在编译的时候为了解决函数的多态问题，会将函数名和参数联合起来生成一个中间的函数名称，而C语言则不会，因此会造成链接时找不到对应函数的情况，此时C函数就需要用extern “C”进行链接指定，这告诉编译器，请保持我的名称，不要给我生成用于链接的中间函数名。
　　下面是一个标准的写法：
//在.h文件的头上
#ifdef __cplusplus
#if __cplusplus
extern “C”{
　#endif
　#endif /* __cplusplus /
　…
　…
　//.h文件结束的地方
　#ifdef __cplusplus
　#if __cplusplus
}
#endif
#endif / __cplusplus */

5 问题：extern 函数声明

常常见extern放在函数的前面成为函数声明的一部分，那么，C语言的关键字extern在函数的声明中起什么作用？
　　答案与分析：
　　如果函数的声明中带有关键字extern，仅仅是暗示这个函数可能在别的源文件里定义，没有其它作用。即下述两个函数声明没有明显的区别：
extern int f(); 和int f();
　　当然，这样的用处还是有的，就是在程序中取代include “*.h”来声明函数，在一些复杂的项目中，我比较习惯在所有的函数声明前添加extern修饰。关于这样做的原因和利弊可见下面的这个例子：“用extern修饰的全局变量”

(1) 在test1.h中有下列声明:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
extern char g_str[]; // 声明全局变量g_str
void fun1();
#endif
(2) 在test1.cpp中
#include “test1.h”
char g_str[] = “123456”; // 定义全局变量g_str
void fun1() { cout << g_str << endl; }
(3) 以上是test1模块， 它的编译和连接都可以通过,如果我们还有test2模块也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了
#include “test1.h”

void fun2() { cout << g_str << endl; }
以上test1和test2可以同时编译连接通过，如果你感兴趣的话可以用ultraEdit打开test1.obj,你可以在里面找到"123456"这个字符串,但是你却不能在test2.obj里面找到，这是因为g_str是整个工程的全局变量，在内存中只存在一份,test2.obj这个编译单元不需要再有一份了，不然会在连接时报告重复定义这个错误!
(4) 有些人喜欢把全局变量的声明和定义放在一起，这样可以防止忘记了定义，如把上面test1.h改为
extern char g_str[] = “123456”; // 这个时候相当于没有extern
然后把test1.cpp中的g_str的定义去掉,这个时候再编译连接test1和test2两个模块时，会报连接错误，这是因为你把全局变量g_str的定义放在了头文件之后，test1.cpp这个模块包含了test1.h所以定义了一次g_str,而test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定义了g_str,这个时候连接器在连接test1和test2时发现两个g_str。如果你非要把g_str的定义放在test1.h中的话，那么就把test2的代码中#include "test1.h"去掉 换成:
extern char g_str[];
void fun2() { cout << g_str << endl; }
这个时候编译器就知道g_str是引自于外部的一个编译模块了，不会在本模块中再重复定义一个出来，但是我想说这样做非常糟糕，因为你由于无法在test2.cpp中使用#include “test1.h”,那么test1.h中声明的其他函数你也无法使用了，除非也用都用extern修饰，这样的话你光声明的函数就要一大串，而且头文件的作用就是要给外部提供接口使用的，所以 请记住， 只在头文件中做声明，真理总是这么简单。

6. extern 和 static

(1) extern 表明该变量在别的地方已经定义过了,在这里要使用那个变量.
(2) static 表示静态的变量，分配内存的时候, 存储在静态区,不存储在栈上面.
对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：　
1.栈区： 由编译器自动分配释放，像局部变量，函数参数，都是在栈区。会随着作用于退出而释放空间。
3.堆区：程序员分配并释放的区域，像malloc©,new(c++)
3.全局数据区(静态区)：全局变量和静态便令的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束释放。
4.代码区

static 作用范围是内部连接的关系, 和extern有点相反.它和对象本身是分开存储的,extern也是分开存储的,但是extern可以被其他的对象用extern 引用,而static 不可以,只允许对象本身用它. 具体差别首先，static与extern是一对“水火不容”的家伙，也就是说extern和static不能同时修饰一个变量；其次，static修饰的全局变量声明与定义同时进行，也就是说当你在头文件中使用static声明了全局变量后，它也同时被定义了；最后，static修饰全局变量的作用域只能是本身的编译单元，也就是说它的“全局”只对本编译单元有效，其他编译单元则看不到它,如:
(1) test1.h:
#ifndef TEST1H
#define TEST1H
static char g_str[] = “123456”;
void fun1();
#endif

(2) test1.cpp:
#include “test1.h”
void fun1() { cout << g_str << endl; }
(3) test2.cpp
#include “test1.h”
void fun2() { cout << g_str << endl; }
以上两个编译单元可以连接成功, 当你打开test1.obj时，你可以在它里面找到字符串"123456",同时你也可以在test2.obj中找到它们，它们之所以可以连接成功而没有报重复定义的错误是因为虽然它们有相同的内容，但是存储的物理地址并不一样，就像是两个不同变量赋了相同的值一样，而这两个变量分别作用于它们各自的编译单元。 也许你比较较真，自己偷偷的跟踪调试上面的代码,结果你发现两个编译单元（test1,test2）的g_str的内存地址相同，于是你下结论static修饰的变量也可以作用于其他模块，但是我要告诉你，那是你的编译器在欺骗你，大多数编译器都对代码都有优化功能，以达到生成的目标程序更节省内存，执行效率更高，当编译器在连接各个编译单元的时候，它会把相同内容的内存只拷贝一份，比如上面的"123456", 位于两个编译单元中的变量都是同样的内容，那么在连接的时候它在内存中就只会存在一份了，如果你把上面的代码改成下面的样子，你马上就可以拆穿编译器的谎言:
(1) test1.cpp:
#include “test1.h”
void fun1()
{
g_str[0] = ‘‘a’’;
cout << g_str << endl;
}

(2) test2.cpp
#include “test1.h”
void fun2() { cout << g_str << endl; }
(3) void main() {
fun1(); // a23456
fun2(); // 123456
}
这个时候你在跟踪代码时，就会发现两个编译单元中的g_str地址并不相同，因为你在一处修改了它，所以编译器被强行的恢复内存的原貌，在内存中存在了两份拷贝给两个模块中的变量使用。正是因为static有以上的特性，所以一般定义static全局变量时，都把它放在原文件中而不是头文件，这样就不会给其他模块造成不必要的信息污染，同样记住这个原则吧！

7. extern 和const

C++中const修饰的全局常量据有跟static相同的特性，即它们只能作用于本编译模块中，但是const可以与extern连用来声明该常量可以作用于其他编译模块中, 如extern const char g_str[];然后在原文件中别忘了定义: const char g_str[] = “123456”; 所以当const单独使用时它就与static相同，而当与extern一起合作的时候，它的特性就跟extern的一样了！所以对const我没有什么可以过多的描述，我只是想提醒你，const char* g_str = “123456” 与 const char g_str[] ="123465"是不同的， 前面那个const 修饰的是char 而不是g_str,它的g_str并不是常量，它被看做是一个定义了的全局变量（可以被其他编译单元使用）， 所以如果你像让charg_str遵守const的全局常量的规则，最好这么定义const char* const g_str=“123456”.

二.static

C 语言的 static 关键字有三种（具体来说是两种）用途：

1. 静态局部变量：用于函数体内部修饰变量，这种变量的生存期长于该函数。

   int foo(){
        	static int i = 1; // note:1
        	//int i = 1;  // note:2
        	i += 1;
        	return i;
        }
   

要明白这个用法，我们首先要了解c/c++的内存分布，以及static所在的区间。

对于一个完整的程序，在内存中的分布情况如下图：　
1.栈区： 由编译器自动分配释放，像局部变量，函数参数，都是在栈区。会随着作用于退出而释放空间。
3.堆区：程序员分配并释放的区域，像malloc©,new(c++)
3.全局数据区(静态区)：全局变量和静态便令的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域，未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。程序结束释放。
4.代码区

所以上面note:1的static是在全局数据区分配的,那么它存在的意思是什么？又是什么时候初始化的呢？

首先回答第一个问题：它存在的意义就是随着第一次函数的调用而初始化，却不随着函数的调用结束而销毁(如果把以上的note:1换成note:2,那么i就是在栈区分配了，会随着foo的调用结束而释放)。
那么第二个问题也就浮出水面了，它是在第一次调用进入note:1的时候初始化（当初面试被坑过，我居然说是一开始就初始化了，汗！！）。且只初始化一次，也就是你第二次调用foo(),不会继续初始化，而会直接跳过。

那么它跟定义一个全局变量有什么区别呢，同样是初始化一次，连续调用foo()的结果是一样的，但是，使用全局变量的话，变量就不属于函数本身了，不再仅受函数的控制，给程序的维护带来不便。
　　静态局部变量正好可以解决这个问题。静态局部变量保存在全局数据区，而不是保存在栈中，每次的值保持到下一次调用，直到下次赋新值。

那么我们总结一下，静态局部变量的特点（括号内为note:2,也就是局部变量的对比）：
（1）该变量在全局数据区分配内存(局部变量在栈区分配内存);
（2）静态局部变量在程序执行到该对象的声明处时被首次初始化，即以后的函数调用不再进行初始化(局部变量每次函数调用都会被初始化);
（3）静态局部变量一般在声明处初始化，如果没有显式初始化，会被程序自动初始化为0(局部变量不会被初始化);
（4）它始终驻留在全局数据区，直到程序运行结束。但其作用域为局部作用域，也就是不能在函数体外面使用它(局部变量在栈区，在函数结束后立即释放内存);

2.静态全局变量：定义在函数体外，用于修饰全局变量，表示该变量只在本文件可见。

static int i = 1;  //note:3
//int i = 1;  //note:4
 
 
int foo()
{
	i += 1;
	return i;
}

note:3和note:4有什么差异呢？你调用foo(),无论调用几次，他们的结果都是一样的。也就是说在本文件内调用他们是完全相同的。那么他们的区别是什么呢？
文件隔离！

假设我有一个文件a.c,我们再新建一个b.c,内容如下。

//file a.c
 
//static int n = 15;  //note:5
int n = 15;  //note:6
 
//file b.c
#include 
 
extern int n;
 
void fn()
{
	n++;
	printf("after: %d\n",n);
}
 
 
void main()
{
	printf("before: %d\n",n);
	fn();
}

我们先使用note:6,也就是非静态全局变量，发现输出为:
before: 15
after: 16

也就是我们的b.c通过extern使用了a.c定义的全局变量。
那么我们改成使用note:5,也就是使用静态全局变量呢？
gcc a.c b.c -o output.out

会出现类似undeference to "n"的报错，它是找不到n的，因为static进行了文件隔离，你是没办法访问a.c定义的静态全局变量的，当然你用 #include “a.c”,那就不一样了。

以上我们就可以得出静态全局变量的特点：

静态全局变量不能被其它文件所用(全局变量可以);
其它文件中可以定义相同名字的变量，不会发生冲突(自然了，因为static隔离了文件，其它文件使用相同的名字的变量，也跟它没关系了);

3.静态函数：准确的说，静态函数跟静态全局变量的作用类似：

//file a.c
#include 
 
 
void fn()
{
	printf("this is non-static func in a");
}
 
 
//file b.c
#include 
 
 
extern void fn();  //我们用extern声明其他文件的fn(),供本文件使用。
 
 
void main()
{
	fn();
}

可以正常输出：this is non-static func in a。
当给void fn()加上static的关键字之后呢？ undefined reference to “fn”.

所以，静态函数的好处跟静态全局变量的好处就类似了：
1.静态函数不能被其它文件所用;
2.其它文件中可以定义相同名字的函数，不会发生冲突;

上面一共说了三种用法，为什么说准确来说是两种呢？
1.一种是修饰变量，一种是修饰函数，所以说是两种（这种解释不多）。
2.静态全局变量和修饰静态函数的作用是一样的，一般合并为一种。（这是比较多的分法）。

C++ 语言的 static 关键字有二种用途：

当然以上的几种，也可以用在c++中。还有额外的两种用法：

1.静态数据成员：用于修饰 class 的数据成员，即所谓“静态成员”。这种数据成员的生存期大于 class 的对象（实体 instance）。静态数据成员是每个 class 有一份，普通数据成员是每个 instance 有一份，因此静态数据成员也叫做类变量，而普通数据成员也叫做实例变量。

#include
 
 
using namespace std;
 
 
class Rectangle
{
private:
	int m_w,m_h;
	static int s_sum;
	
public:
	Rectangle(int w,int h)
	{
		this->m_w = w;
		this->m_h = h;
		s_sum += (this->m_w * this->m_h);
	}
 
 
	void GetSum()
	{
		cout<<"sum = "<

结果如下：

由图可知：sizeof(Rectangle)=8bytes=sizeof(m_w)+sizeof(m_h)。也就是说 static 并不占用Rectangle的内存空间。
那么static在哪里分配内存的呢？是的，全局数据区(静态区)。
再看看GetSum()，第一次12=34，第二次18=12+23。由此可得，static只会被初始化一次，于实例无关。
结论：

对于非静态数据成员，每个类对象(实例)都有自己的拷贝。而静态数据成员被当作是类的成员，由该类型的所有对象共享访问,对该类的多个对象来说，静态数据成员只分配一次内存。
静态数据成员存储在全局数据区。静态数据成员定义时要分配空间，所以不能在类声明中定义。

也就是说，你每new一个Rectangle，并不会为static int s_sum的构建一份内存拷贝，它是不管你new了多少Rectangle的实例，因为它只与类Rectangle挂钩，而跟你每一个Rectangle的对象没关系。

2、静态成员函数：用于修饰 class 的成员函数。
我们对上面的例子稍加改动：

#include
 
 
using namespace std;
 
 
class Rectangle
{
private:
	int m_w,m_h;
	static int s_sum;
	
public:
	Rectangle(int w,int h)
	{
		this->m_w = w;
		this->m_h = h;
		s_sum += (this->m_w * this->m_h);
	}
 
 
	static void GetSum()  //这里加上static
	{
		cout<<"sum = "<

上面注释可见:对GetSum()加上static，使它变成一个静态成员函数，可以用类名::函数名进行访问。
那么静态成员函数有特点呢？
1.静态成员之间可以相互访问，包括静态成员函数访问静态数据成员和访问静态成员函数;
2.非静态成员函数可以任意地访问静态成员函数和静态数据成员;
3.静态成员函数不能访问非静态成员函数和非静态数据成员;
4.调用静态成员函数，可以用成员访问操作符(.)和(->)为一个类的对象或指向类对象的指针调用静态成员函数,也可以用类名::函数名调用(因为他本来就是属于类的，用类名调用很正常)

前三点其实是一点：静态成员函数不能访问非静态(包括成员函数和数据成员)，但是非静态可以访问静态，有点晕吗？没关系，我给你个解释，
因为静态是属于类的，它是不知道你创建了10个还是100个对象，所以它对你对象的函数或者数据是一无所知的，所以它没办法调用，而反过来，你创建的对象是对类一清二楚的(不然你怎么从它那里实例化呢)，所以你是可以调用类函数和类成员的，就像不管GetSum是不是static，都可以调用static的s_sum一样。

为什么静态成员不能在类内初始化

在C++中，类的静态成员（static member）必须在类内声明，在类外初始化，像下面这样。

class A
{  
private:
    static int count ; // 类内声明
};

int A::count = 0 ; // 类外初始化，不必再加static关键字

为什么？因为静态成员属于整个类，而不属于某个对象，如果在类内初始化，会导致每个对象都包含该静态成员，这是矛盾的。

C语言中 在一个函数中用 static修饰的变量，还能给它赋上新值吗？

可以，static在C语言中是表示一个变量为静态变量的，而不是常量，也不是不可变的变量。所谓的静态变量有两种情况，一种是静态全局变量，一种是静态局部变量。
先说静态局部变量：通常情况下，在一个函数中定义一个变量，那么函数退出之后，这个变量就消失了，即使你第二次调用这个函数，里面的变量也会被重新赋初值。比如我们写一个函数：

int fun(int a)
{int sum;
sum=sum+a;
return sum;}

这样无论你是第几次调用fun这个函数，sum都会重新被赋初值，也就是函数的返回值一直会是a；而不会出现多次调用累加的情况。
但如果你在一个函数中，用static来声明变量，那么这个变量虽然在函数外部不可用，但退出函数时，这个变量是不会消失的，下一次再调用这个函数，里面的值仍然存在。就说上面这个函数，如果你的第一句写成static int sum;那么你第一次调用fun(3);函数返回3，第二次再调用fun(5);函数返回值是8,因为第一次调用之后的sum=3的值不会消失。
另一种是静态全局变量。因为是全局变量，不存在退出函数消不消失的问题。所以静态全局变量和普通全局变量的区别是：普通全局变量在其他源文件中可以通过extern全局变量名的声明，来使用该变量，而静态全局变量只能在变量所在的文件中使用，即使你在其他文件中使用extern声明也不可以使用，这样可以有效避免不同文件全局变量的冲突。