前言

前些日子，有友友問了我這樣的一道問題：

數(shù)組通過外部聲明為指針時(shí)，數(shù)組和指針是不能互換使用的；那么請(qǐng)思考一下，在 A 文件中定義數(shù)組 char a[100]；在 B 文件中聲明為指針：extern char *a；此時(shí)訪問 a[i]，會(huì)發(fā)生什么；

先說結(jié)果，會(huì)引起 segmentation fault 報(bào)錯(cuò)；

那接下來(lái)由博主來(lái)分析一番；

數(shù)組與指針的區(qū)別

在介紹 extern 之前，我們需要了解一下數(shù)組與指針有什么區(qū)別？

數(shù)組變量代表了存放該數(shù)組的那塊內(nèi)存，它是這塊內(nèi)存的首地址。這就說明了數(shù)組變量是一個(gè)地址，而且，還是一個(gè)不可修改的常量，具體來(lái)說，就是一個(gè)地址常量。

數(shù)組變量跟枚舉常量一樣，都屬于符號(hào)常量。數(shù)組變量這個(gè)符號(hào)，就代表了那塊內(nèi)存的首地址。注意，不是數(shù)組變量這個(gè)符號(hào)的值是那塊內(nèi)存的首地址，而是數(shù)組變量這個(gè)符號(hào)本身代表了首地址，它就是這個(gè)地址值。這就是數(shù)組變量屬于符號(hào)常量的意義所在。

由于數(shù)組變量是一種符號(hào)常量，它是一個(gè)右值，而指針，作為變量，卻是一個(gè)左值，一個(gè)右值永遠(yuǎn)都不是左值，那么，數(shù)組名永遠(yuǎn)都不會(huì)是指針！

舉個(gè)例子，char a[] 中的 a 是常量，是一個(gè)地址，char *a 中 a 是一個(gè)變量，一個(gè)可以存放地址的變量。

具體分析

了解了數(shù)組與指針的區(qū)別之后，讓我們來(lái)看看 extern 聲明全局變量的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)；

extern 是 C/C++ 語(yǔ)言中表明函數(shù)和全局變量作用范圍（可見性）的關(guān)鍵字，該關(guān)鍵字告訴編譯器，其聲明的函數(shù)和變量可以在本模塊或其它模塊中使用。

TIP ：被 extern 修飾的全局變量不被分配空間，而是在鏈接的時(shí)候到別的文件中通過查找索引定位該全局變量的地址。

extern char a[];

這是一個(gè)外部變量的聲明，它聲明了一個(gè)名為 a 的字符數(shù)組，編譯器看到這個(gè)聲明就知道不必為這個(gè)變量分配空間，這個(gè) .cpp 文件中所有對(duì)數(shù)組 a 的引用都化為一個(gè)不包含類型的標(biāo)號(hào)，具體地址的定位留給鏈接器完成。編譯完成之后也得到一個(gè)中間文件，鏈接器遍歷這個(gè)文件，發(fā)現(xiàn)有未經(jīng)定位的標(biāo)號(hào)，于是它搜索其他中間文件，試圖尋找到一個(gè)匹配的空間地址，在此例中無(wú)疑鏈接器將成功地尋找到這個(gè)地址并將此中間文件中所有的這個(gè)標(biāo)號(hào)替換為鏈接器所尋找到的地址，最終生成的可執(zhí)行文件中，所有曾經(jīng)的標(biāo)號(hào)都應(yīng)當(dāng)已經(jīng)被替換為地址。這是一個(gè)正常工作過程，鏈接出來(lái)的可執(zhí)行文件至少在對(duì)于該數(shù)組的引用部分將工作得很好。

extern char * a; 

這是一個(gè)外部變量的聲明，它聲明了一個(gè)名為 a 的字符指針，中間過程與上同，經(jīng)過一番搜索，找到了一個(gè)分配過空間的名為 a 的地方（也就是我們先定義的那個(gè)字符數(shù)組），鏈接器并不知道它們的類型，僅僅是發(fā)現(xiàn)它們的名字一樣，就認(rèn)為應(yīng)該把 extern 聲明的標(biāo)號(hào)鏈接到數(shù)組 a 的首地址上，因此鏈接器把指針 a 對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)替換為數(shù)組 a 的首地址。這里問題就出現(xiàn)了：由于在這個(gè)文件中聲明的 a 是一個(gè)指針變量而不是數(shù)組，鏈接器的行為實(shí)際上是把指針 a 自身的地址定位到了另一個(gè) .c 文件中定義的數(shù)組首地址上，而不是我們所希望的把數(shù)組的首地址賦予指針 a（這很容易理解：指針變量也需要占用空間，如果說把數(shù)組的首地址賦給了指針 a，那么指針 a 本身在哪里存放呢？）。這就是癥結(jié)所在了。所以此例中指針 a 的內(nèi)容實(shí)際上變成了數(shù)組 a 首地址開始的 4 字節(jié)表示的地址（如果在 16 位機(jī)上，就是 2 字節(jié)）。

上述加粗部分的可以理解為，鏈接器認(rèn)為 a 變量本身的內(nèi)存位置是數(shù)組的首地址，但其實(shí) a 的位置是其他位置，其內(nèi)容才是數(shù)組首地址。

舉個(gè)例子，定義 char a[] = "abcd"，則外部變量 extern char a[] 的地址是 0x12345678 (數(shù)組的起始地址)，而 extern char *a 是重新定義了一個(gè)指針變量 a，其地址可能是 0x87654321，因此直接使用 extern char *a 是錯(cuò)誤的。

通過上述分析，我們得到的最重要的結(jié)論是：使用 extern 修飾的變量在鏈接的時(shí)候只找尋同名的標(biāo)號(hào)，不檢查類型，所以才會(huì)導(dǎo)致編譯通過，運(yùn)行時(shí)出錯(cuò)。

extern "C"

extern "C" 包含雙重含義，從字面上即可得到：

• 首先，被它修飾的目標(biāo)是 extern 的；
• 其次，被它修飾的目標(biāo)是 C 的。

1、 被 extern "C" 限定的函數(shù)或變量是 extern 類型的；

extern int a;

僅僅是一個(gè)變量的聲明，其并不是在定義變量 a，并未為 a 分配內(nèi)存空間。變量 a 在所有模塊中作為一種全局變量只能被定義一次，否則會(huì)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤。

通常，在模塊的頭文件中對(duì)本模塊提供給其它模塊引用的函數(shù)和全局變量以關(guān)鍵字 extern 聲明。例如，如果模塊 B 欲引用該模塊 A 中定義的全局變量和函數(shù)時(shí)只需包含模塊 A 的頭文件即可。這樣，模塊 B 中調(diào)用模塊 A 中的函數(shù)時(shí)，在編譯階段，模塊 B 雖然找不到該函數(shù)，但是并不會(huì)報(bào)錯(cuò)，它會(huì)在連接階段中從模塊 A 編譯生成的目標(biāo)代碼中找到此函數(shù)。

與 extern 對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字是 static，被它修飾的全局變量和函數(shù)只能在本模塊中使用。因此，一個(gè)函數(shù)或變量只可能被本模塊使用時(shí)，其不可能被 extern "C" 修飾。

2、被 extern "C" 修飾的變量和函數(shù)是按照 C 語(yǔ)言方式編譯和連接的；

未加 extern "C" 聲明時(shí)的編譯方式

作為一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言，C++ 支持函數(shù)重載，而過程式語(yǔ)言 C 則不支持。函數(shù)被 C++ 編譯后在符號(hào)庫(kù)中的名字與 C 語(yǔ)言的不同。例如，假設(shè)某個(gè)函數(shù)的原型為：

void foo( int x, int y );

該函數(shù)被 C 編譯器編譯后在符號(hào)庫(kù)中的名字為 _foo，而 C++ 編譯器則會(huì)產(chǎn)生像 _foo_int_int 之類的名字（不同的編譯器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的機(jī)制，生成的新名字稱為 “mangled name”）。

_foo_int_int 這樣的名字包含了函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)數(shù)量及類型信息，C++ 就是靠這種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)重載的。例如，在 C++ 中，函數(shù) void foo(int x, int y) 與 void foo(int x, float y) 編譯生成的符號(hào)是不相同的，后者為 _foo_int_float。

同樣地，C++ 中的變量除支持局部變量外，還支持類成員變量和全局變量。用戶所編寫程序的類成員變量可能與全局變量同名，我們以 . 來(lái)區(qū)分。而本質(zhì)上，編譯器在進(jìn)行編譯時(shí)，與函數(shù)的處理相似，也為類中的變量取了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的名字，這個(gè)名字與用戶程序中同名的全局變量名字不同。

未加 extern "C" 聲明時(shí)的連接方式

假設(shè)在 C++ 中，模塊 A 的頭文件如下：

// 模塊A頭文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo(int x, int y);
#endif

在模塊 B 中引用該函數(shù)：

// 模塊B實(shí)現(xiàn)文件　moduleB.cpp
＃include "moduleA.h"
foo(2, 3);

實(shí)際上，在連接階段，連接器會(huì)從模塊 A 生成的目標(biāo)文件 moduleA.obj 中尋找 _foo_int_int 這樣的符號(hào)；

加 extern "C" 聲明后的編譯和連接方式

加 extern "C" 聲明后，模塊 A 的頭文件變?yōu)椋?/p>

// 模塊A頭文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo(int x, int y);
#endif

在模塊 B 的實(shí)現(xiàn)文件中仍然調(diào)用 foo(2, 3)，其結(jié)果是：

• 模塊 A 編譯生成 foo 的目標(biāo)代碼時(shí)，沒有對(duì)其名字進(jìn)行特殊處理，采用了 C 語(yǔ)言的方式；
• 連接器在為模塊 B 的目標(biāo)代碼尋找 foo(2, 3) 調(diào)用時(shí)，尋找的是未經(jīng)修改的符號(hào)名 _foo；

如果在模塊 A 中函數(shù)聲明了 foo 為 extern "C" 類型，而模塊 B 中包含的是 extern int foo(int x, int y)，則模塊 B 找不到模塊 A 中的函數(shù)；反之亦然。

所以，可以用一句話概括 extern "C" 這個(gè)聲明的真實(shí)目的：實(shí)現(xiàn) C++ 與 C 及其它語(yǔ)言的混合編程。

以上就是C/C++開發(fā)中extern的一些使用注意事項(xiàng)的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C/C++開發(fā)extern使用事項(xiàng)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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