C++ 全局变量链接性、extern、static关键字

单定义原则、外部变量与extern

C++有“单定义原则（One Definition Rule, ODR）”, 该规则决定了任何变量都只能有一次定义。为了实现这种需求，C++提供了两种变量声明。一种是定义声明（definition declaration）,或者简称为定义（definition），它给变量分配存储空间；另外一种是引用声明（referencing declaration），或者简称为声明（declaration），它不给变量分配存储空间，因为它引用已有的变量。

C++中引用声明使用的关键字是"extern"，并且不进行初始化，否则，声明将变成定义，编译器会给该变量分配存储空间。

extern主要针对具有多个源文件的项目。如果有多个源文件需要使用到相同的全局变量，则这些变量只需要在其中的某一个源文件中定义一次，其它的源文件如果想使用这些外部变量，需要在声明的时候前面加上"extern"。

//file01.cpp
extern int cats = 20; // 对cat定义
int dogs 22; // 定义dogs
int fleas; // 定义fleas
…

//file02.cpp
//use cat and dogs from file01.cpp
extern int cats; // 无需定义，直接使用外部变量
extern int dogs;
extern int fleas;
…

从上面这段代码中可以看出，在定义变量的时候，关键字extern并不是必须的，但是，如果想声明外部变量，则extern关键字是必不可少的。

单定义原则（ODR）≠ 不允许存在同名变量

计算机识别变量依靠的是地址（务必记住这句话，只要是地址不一样，即使它们的名字相同，计算机也会认为它们是不同的变量），全局变量和静态变量存储在静态区，而函数中声明、定义的变量则存储在栈区。不同函数之间声明的同名自动变量是彼此独立的。但是，对于每个“变量”，程序中仅允许定义一次，服从ODR。

此外，如果在函数的内部声明、定义一个与全局变量同名同类型的自动变量，那么该变量的值会覆盖原来的全局变量。以下程序对此有一个较好的诠释。

//external.cpp
// author: pengqi
// date: 2020/03/02
// reference: C++ Primer Plus P312
#include
using namespace std;
// external warming
double warming = 1.7; // define warming

void update(double dt);
void local();

int main() {
   cout << "Global warming is " << warming << endl;
   update(1.1);
   cout << "Global warming is " << warming << endl;
   local();
   cout << "Global warming is " << warming << endl;
   return 0;
}

------------------
//external.cpp
// author: pengqi
// date: 2020/03/02
// reference: C++ Primer Plus P312
#include
extern double warming; // Using the external warming

void update();
void local();

using std::cout;
void update(double dt) {
   warming = dt;
}

void local() {
    double warming = 0.5;
    cout << "Local warming is " << warming << std::endl;
    cout << "However, Global warming is " << ::warming << std::endl;
}

程序运行的输出：

$ g++ external.cpp support.cpp -o extern_test
$ ./extern_test
Global warming is 1.7
Global warming is 1.1
Local warming is 0.5
However, Global warming is 1.1
Global warming is 1.1

 从上面程序的运行结果中可以看出，函数local同样声明了一个名为warming的变量，这时，在函数内部，warming的值使用的是新声明的这个，原来的全局变量被隐藏了。如果想使用原来的全局变量，需要在变量前面加上“::”, 称之为作用域解析运算符。这也是C++比C语言优越的一点体现。

全局变量 VS 局部变量

全局变量固然有其优势，所有的函数都可以访问，甚至是函数在调用的时候都不用传递参数。但是，过分地使用全局变量也会使得程序变得不可靠。计算经验表明，程序越能避免对数据进行不必要的访问，就越能保持数据的完整性。C++作为一门面向对象的编程语言，本身就在数据隔离方面迈出了关键性的一步。

加static的全局变量与不加的有何区别

如果整个程序只有一个源文件，那么在全局变量前加不加static将不会对其产生任何影响。但是如果程序由多个源文件组成，那么static就会对该全局变量的作用域产生影响了。加上了static的全局变量，其作用域将被限定在本文件内，虽然变量可以在文件内部全局调用，但是其链接性将变成内部。

观察下面一段代码：

//file1
int error = 20;
...

---------------------

//file2
int error = 5;
void foo() {
    cout << error;
}

这种情况下，程序是编不过的，因为它违反了单定义原则（ODR）。file1已经创建了error作为外部变量的定义，file2又试图定义相同的变量。但是，如果把程序改成如下形式，则可以编译通过：

//file1
int error = 20;
...

-----------------
//file2
static int error = 5;
void foo() {
    cout << error; // user will use error defined in file2
}

const对于全局变量作用域的影响

之前讲过，如果不加static修饰的话，默认全局变量的链接性是外部的。但是，如果加了const后，该全局变量的链接性就会变成内部的了。

const int fingers = 10;

 以上代码等价于：

static const int finger = 10;

如果我们希望const常量具有外部链接性，就需要在定义的时候前面加上extern，如下：

extern const int finger = 10;

虽然对于普通的全局变量，加不加extern不影响。

函数的链接性（extern 与 static）

与C语言一样，C++不允许在一个函数中定义另外一个函数，因此所有的函数存储持续性都自动为静态的，即整个程序执行期间都一直存在。默认情况下，函数的链接性都是外部的，即全局函数都可以在文件之间共享。实际上，可以在函数原型前面加上extern，表明该函数是在其它文件中定义的，不过这是可选的。static关键字同样适用于函数，如果一个函数被static说明符修饰，则该函数只能在该文件中使用，且static必须在函数的声明和定义中都使用。例如：

static int private(double x);
...
static int private(double x) {
...
}

与此同时，这还意味着其它文件中可以定义同名的函数。在此文件中，静态函数会覆盖同名的外部定义的全局函数，正如静态变量会覆盖全局变量一样。