理解C++的链接：C++内链接与外链接的意义

上一篇博客给大家解释了“程序运行链接”的概念与意义，并区分了动态链接库与静态链接库。接下来想和大家谈一下C++的内链接与外链接的区别与意义。看完之后，希望你能理解以下几个问题~

1.      为什么不要在头文件中定义具有外部链接的实体？

2.      在头文件中定义具有内部链接的实体有什么劣势？

3.      内部链接与外部链接存在的意义是什么？

 

首先理解什么是编译单元？

我们知道，其实编译器在编译代码时，只会去编译.cpp格式的源文件，并且预编译器会递归的把.cpp所有#include的头文件都“拷贝”到.cpp文件中去，之后对这个文件再进行编译，生成二进制的.obj文件。那么其实每一个.cpp文件都是一个编译单元。

 

声明与定义

一个声明将一个名称引入一个作用域，C++中在同一个作用域中可以重复声明，除了类中的成员函数与成员变量的声明。以下都是声明：

Extern int number; //外部引用声明

Typedef int  int32; // typedef声明

Class A;          //类的前置声明

Using std::cin;   //名字空间引用声明

Friend f;         //友元声明

Int testFun();    //函数前置声明

 

定义决定了一个实体在一个作用域的唯一描述，同一作用域不可以重复定义一个实体。以下都是定义：

Int a;

Class Myclass{…};

Myclass ma;

Static int b;

Enum{first, second,third};

Const int m = 2;

Void hello(){…}

 

什么是内部链接？

如果一个名称对于他的编译单元是局部的，并且在链接时不会与其他的编译单元中同样的名字冲突，那么这个名称就拥有内部链接。这个实体有内部链接，他就不会与其他.cpp文件同名的实体冲突。换个说法，那些编译单元（.cpp）中不能向其他编译单元（.cpp）展示提供其定义的函数、变量就拥有内部链接

那么哪些实体拥有内部链接？

1.      静态（static）全局变量，自由函数，友元函数定义

2.      类的定义

3.      内联函数定义

4.      Union共用体定义

5.      名字空间的const常量定义

6.      枚举类型定义

7.      所有的声明（有人将声明归结为无链接）

 

什么是外部链接？

一个多文件的程序中，一个实体可以在链接时与其他编译单元交互，那么这个实体就拥有外部链接。

换个说法，那些编译单元（.cpp）中能想其他编译单元（.cpp）提供其定义，让其他编译单元(.cpp)使用的函数、变量就拥有外部链接

那么哪些实体拥有外部链接？

1.      类的非内联函数（包括成员函数和静态类成员函数）的定义

2.      类的静态成员变量的定义

3.      名字空间或全局的非静态的自由函数，非静态变量，非友元函数的定义

 

那么这里总结一下，定义这样的内链接与外链接有什么意义？

所谓链接，就是因为项目工程的不断扩大，写在一个.cpp文件即难以维护，又不好去合作开发。所以去将代码按照比较有条理的，分成多个文件，让其可以独立编译，在最后运行在整合到一起，也就是通过链接再去找到需要的代码。这时候就需要外链接定位到合适的代码。

比如我们定义的全局函数和变量，可以跨模块的链接使用。

 

有一些名字定义所表示的实体拥有外部链接，这样就意味着他可以跨越编译单元去进行代码的链接。所以，拥有外部链接的实体如果被声明在头文件并且被多个.cpp文件包含,可能就会出现链接冲突错误，因为每个包含这个拥有外部链接实体的.cpp都会分配空间，当多个编译单元链接的时候，连接器就会面对多个相同的名字，无法正常链接到正确的对象。

下面举个例子：(VS2012环境下)

//lesson.h

namespace lesson

{

         int  test;

}

//lesson.cpp

#include "stdafx.h"

#include "lesson.h"

int _tmain(intargc,_TCHAR*argv[])

{

         system("pause");

         return0;

}

//test.cpp

#include "lesson.h"

 

我们就会看到

error LNK2005: "intlesson::test" (?test@lesson@@3HA) 已经在 lesson.obj 中定义C:\Users\user\Documents\Visual Studio 2012\Projects\lesson\lesson\stdafx.obj

这样的错误提示。

 

而对于拥有内部链接的实体则不会出现这样的情况，因为他不会与其他.cpp的同名实体产生冲突。比如我们将上面的lesson.h改为

//lesson.h

class lesson

{

         int  test;

}

这样就不会有任何错误，因为类的定义是有内部链接的。

如果在lesson.h里面再定义静态变量，枚举类，进行各种声明等，这些实体由于有内部链接所以仍然是合法的，编译器会认为你想在各个编译单元中都有一个私有的副本。

 

 

那么进一步的概括这些内容就是一句话   

 

相同作用域内的声明可以有多个，但是只能定义一次。

 

先不考虑内链接还是外链接，我们都知道一个{}里面不可能定义两个一模一样的名字。对于一个单独的.cpp文件，我们是知道的，但是对于多个文件，好像就稍微有点晕。其实，这是一个道理，我们的外部链接就是让各个.cpp文件能链接到一起，这样在.cpp文件遇到第一个{}之前，他们的作用域就可以理解为相同的，所以拥有外部链接的实体（全局函数，变量等）出现在第一个{}之前，而且名字相同，那就是出现了定义重复的错误。

 

我们再看，所有的声明都是有内部链接的，然而他其实可以链接到其他文件，因为他的定义是在其他的编译单元的，所以多个编译单元拥有相同的声明也是合理的。但是，我们知道，这个声明对应的定义肯定只有一个。

 

最后再给出一个C++编程建议，慎重考虑在头文件中定义有链接的实体

一，如果头文件是像int a=1;这样的定义，被包含在多个.cpp文件后肯定会报出链接错误。

二，如果是想static int a = 2;这样的定义就会在所有包含他的.cpp文件中生成一个副本，如果被大量源文件include的话，就会占据大量的空间，造成内存浪费。