內(nèi)部連接與外部連接

kevin33643

《內(nèi)部連接與外部連接》
作者Blog：
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在說內(nèi)部連接與外部連接前，先說明一些概念。
1.聲明
    一個(gè)聲明將一個(gè)名稱引入一個(gè)作用域;
    在c++中，在一個(gè)作用域中重復(fù)一個(gè)聲明是合法的
    以下都是聲明：
       int foo(int,int);           //函數(shù)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(shù)前置聲明
      
       在同一個(gè)作用域中你可以多次重復(fù)這些聲明。
      
       有兩種聲明不能重復(fù)，那就是類成員函數(shù)及靜態(tài)數(shù)據(jù)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(gè)定義提供一個(gè)實(shí)體(類型、實(shí)例、函數(shù))在一個(gè)作用域的唯一描述。
    在同一作用域中不可重復(fù)定義一個(gè)實(shí)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(dāng)一個(gè)c或cpp文件在編譯時(shí)，預(yù)處理器首先遞歸包含頭文件，形成一個(gè)含有所有必要信息的單個(gè)源文件,這個(gè)源文件就是一個(gè)編譯單元。這個(gè)編譯單元會(huì)被編譯成為一個(gè)與cpp文件名同名的目標(biāo)文件(.o或是.obj)。連接程序把不同編譯單元中產(chǎn)生的符號(hào)聯(lián)系起來，構(gòu)成一個(gè)可執(zhí)行程序。

4.自由函數(shù)
    如果一個(gè)函數(shù)是自由函數(shù)，那么這個(gè)函數(shù)不是類的成員函數(shù)，也不是友元函數(shù)。


下面來看內(nèi)部連接和外部連接
    內(nèi)部連接：如果一個(gè)名稱對(duì)于它的編譯單元來說是局部的，并且在連接時(shí)不會(huì)與其它編譯單元中的同樣的名稱相沖突，那么這個(gè)名稱有內(nèi)部連接(注：有時(shí)也將聲明看作是無連接的，這里我們統(tǒng)一看成是內(nèi)部連接的)。
    以下情況有內(nèi)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(tài)自由函數(shù)、靜態(tài)友元函數(shù)、靜態(tài)變量的定義
       c)enum定義
       d)inline函數(shù)定義(包括自由函數(shù)和非自由函數(shù))
       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(gè)多文件程序中，如果一個(gè)名稱在連接時(shí)可以和其它編譯單元交互，那么這個(gè)名稱就有外部連接。
    以下情況有外部連接:
       a)類非inline函數(shù)總有外部連接。包括類成員函數(shù)和類靜態(tài)成員函數(shù)
       b)類靜態(tài)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(tài)自由函數(shù)、非靜態(tài)友元函數(shù)及非靜態(tài)變量

下面舉例說明：
    a)聲明、enum定義、union定義有內(nèi)部連接
        所有的聲明、enum定義及union定義在編譯后不會(huì)產(chǎn)生連接符號(hào)，也就是在不同編譯單元中有相同名稱的聲明及enum、union定義并不會(huì)在連接時(shí)發(fā)生發(fā)現(xiàn)多個(gè)符號(hào)的錯(cuò)誤。

    // main.cpp
    typedef int Int; //typedef 聲明，內(nèi)部連接
    enum Color{red}; //enum定義,內(nèi)部連接
    union X          //union定義，內(nèi)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(gè)int類型別名，在連接時(shí)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤
    enum Color{blue}; //在a.cpp中重定義了一個(gè)enum Color，在連接時(shí)不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤
    const Int i =blue; //const常量定義，內(nèi)部連接
    union X            //union定義，內(nèi)部連接
    {
       long a;
       char b[10];
    };
              
    b)名字空間中靜態(tài)自由函數(shù)、靜態(tài)友元函數(shù)、靜態(tài)變量、const常量定義有內(nèi)部連接
           
// main.cpp
namespace test
{
  int foo(); //函數(shù)聲明，內(nèi)部連接
  static int i = 0; //名字空間靜態(tài)變量定義，內(nèi)部連接
  static int foo() { return 0;} //名字空間靜態(tài)函數(shù)定義，內(nèi)部連接
}
static int i = 0; //全局靜態(tài)變量定義，內(nèi)部連接
static int foo() {return 1;} //全局靜態(tài)函數(shù)定義，內(nèi)部連接
const int k = 0; //全局const常量定義，內(nèi)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(shù)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(shù)定義，外部連接
   
    在全局名字空間中，main.cpp中定義了靜態(tài)變量i,常量k,及靜態(tài)自由函數(shù)foo等，這些都有內(nèi)部連接。如果你將這些變量或函數(shù)的static或是const修飾符去掉，在連接時(shí)就會(huì)出現(xiàn)multiply defined symbols錯(cuò)誤，它們與a.cpp中的全局變量、全局函數(shù)發(fā)生沖突。
    c)類定義總有內(nèi)部連接,而非inline類成員函數(shù)定義總有外部連接，不論這個(gè)成員函數(shù)是靜態(tài)、虛擬還是一般成員函數(shù)，類靜態(tài)數(shù)據(jù)成員定義總有外部連接。
       1.類的定義有內(nèi)部連接。如果不是，想象一下你在4個(gè)cpp文件中include定義了類Base的頭文件，在4個(gè)編譯單元中的類Base都有外部連接，在連接的時(shí)候就會(huì)出錯(cuò)。
        看下面的例子:
//main.cpp
class B //類定義，內(nèi)部連接
{
  static int s_i; //靜態(tài)類成員聲明，內(nèi)部連接            
public:
  void foo()
  {
    ++s_i;
  } //類inline函數(shù)，內(nèi)部連接
};
struct D
{
  void foo(); //類成員函數(shù)聲明，內(nèi)部連接
};
int B::s_i = 0; //類靜態(tài)數(shù)據(jù)成員定義，外部連接
void D::foo() //類成員函數(shù)定義，外部連接
{
  cout  "D::foo in main.cpp" endl;
}
int main() //main函數(shù)，全局自由函數(shù)，外部連接
{
  B b;
  D d;
  return 0;
}
//a.cpp
class B
{
  int k;
};
struct D
{
  int d;
};
    在這個(gè)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(gè)cpp文件時(shí)并不發(fā)生link錯(cuò)誤。
       2.類的非inline成員函數(shù)(一般，靜態(tài)，虛擬都是)總有外部連接，這樣當(dāng)你include了某個(gè)類的頭文件，使用這個(gè)類的函數(shù)時(shí)，就能連接到正確的類成員函數(shù)上，繼續(xù)以上面為例子，如果把a(bǔ).cpp中的struct D改為
                struct D                       //類定義
                {
                  int d;
                  void foo();                    //類成員函數(shù)聲明
                };
                void D::foo()                 //類成員函數(shù)定義，外部連接
                {
                  cout
                }
               
       這時(shí)main.cpp與a.cpp中的D::foo都有外部連接，在連接就會(huì)出現(xiàn)multiply defined symbols錯(cuò)。
        3.類的靜態(tài)數(shù)據(jù)成員有外部連接，如上例的B::s_i,這樣當(dāng)你在main.cpp中定義了類靜態(tài)數(shù)據(jù)成員，其它編譯單元若使用了B::s_i,就會(huì)連接到main.cpp對(duì)應(yīng)編譯單元的s_i。

       d)inline函數(shù)總有內(nèi)部連接，不論這個(gè)函數(shù)是什么函數(shù)

// main.cpp
inline int foo()
{
  return 1;
} //inline全局函數(shù)，內(nèi)部連接
class Bar //類定義，內(nèi)部連接
{
public:
  static int f() { return 2;} //inline 類靜態(tài)函數(shù)，內(nèi)部連接
  int g(int i) { return i;} //inline 類成員函數(shù)，內(nèi)部連接
};
class Base
{
public:
  inline int k(); //類成員函數(shù)聲明，內(nèi)部連接
};
inline int Base::k()
{
  return 5;
} //inline 類成員函數(shù)，內(nèi)部連接
int main(void)
{
  return 0;
}
                     
    如果你的Base類是定義在Base.h中，而Base的inline 函數(shù)是在Base.cpp中定義的，那么在main.cpp中include "Base.h"編譯不會(huì)出現(xiàn)問題，但在連接時(shí)會(huì)找不到函數(shù)k，所以類的inline函數(shù)最好放到頭文件中，讓每一個(gè)包含頭文件的cpp都能找到inline函數(shù)。
      
    現(xiàn)在對(duì)c++中的連接有了一個(gè)認(rèn)識(shí)，能清楚的知道是什么原因產(chǎn)生連接時(shí)錯(cuò)誤。當(dāng)你在連接時(shí)產(chǎn)生連接不到的錯(cuò)誤，這說明所有的編譯單元都沒有這個(gè)實(shí)體的外部連接；當(dāng)你在連接時(shí)發(fā)現(xiàn)有多個(gè)連接實(shí)體，這說明有多個(gè)編譯單元提供了同名的有外部連接的實(shí)體。同時(shí)，在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，也要注意不要使只有本編譯單元用到的函數(shù)、類、變量等有外部連接，減少與其它編譯單元的連接沖突。

    不過在這里沒有說明template函數(shù)及template class的連接性，并且對(duì)一些特別的情況也沒有作出說明(比如inline函數(shù)不能被inline)，欲知后事如何，且聽下回分解 :)。
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