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C/C++?extern關(guān)鍵字用法示例全面解析

更新時間：2023年01月04日 09:37:39 作者：小余的自習(xí)室

這篇文章主要為大家介紹了C/C++?extern關(guān)鍵字用法示例全面解析，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步，早日升職加薪

前言

extern 是C/C++語言中表明全局變量或者函數(shù)作用范圍（可見性）的關(guān)鍵字，編譯器收到extern通知，則其聲明的變量或者函數(shù)可以在本模塊或者其他模塊使用。

對于函數(shù)而言，由于函數(shù)的聲明如“extern int method();”與函數(shù)定義“int method(){}”可以很清晰的區(qū)分開來，為了簡便起見，可以把extern關(guān)鍵字省略，于是有了我們常見的函數(shù)聲明方式“int method();”，然而對于變量并非如此，變量的定義格式如“int i;”，聲明格式為“extern int i;”，如果省略extern關(guān)鍵字，就會造成混亂，故不允許省略。

一般用法

在本模塊中使用：

extern int a;
extern int b;
int maxbb(int l,int r) {
    return l > r ? l : r;
}
int main() {
    cout << maxbb(a, b) << endl;
}

int a = 10;
int b = 20;

當(dāng)前模塊的main函數(shù)在a和b之前定義，所以main函數(shù)對a和b是沒有訪問權(quán)限的，可以在main之前定義

extern int a;
extern int b;

這樣就可以正常訪問到a和b了。

跨模塊中

在模塊1 _extern.cpp中定義：

extern int _a = 10;
extern int _b = 20;

int maxAB(int a,int b) {
    return a > b ? a : b;
}

在模塊2 main.cpp中定義：

extern int _a;
extern int _b;
int maxAB(int a,int b);
int main() {
    cout << "a:" << _a << " b:" << _b << endl;
    cout << maxAB(100,200) << endl;
}

結(jié)果：
a:10 b:20
200

看到使用extern關(guān)鍵字使用到了外部模塊_extern.cpp中的全局變量以及函數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)定義使用extern關(guān)鍵字的步驟為：

1.定義一個.h文件用來聲明需要提供外部訪問的變量或者函數(shù)。

module1.h
extern int _a;
extern int _b;
int maxAB(int a, int b);

2.定義一個.cpp文件來初始化全局變量或者函數(shù)的實現(xiàn)

module1.cpp

#include "module1.h"

int _a = 100;
int _b = 200;

int maxAB(int x, int y) {
    return x > y ? x : y;
}

3.在需要使用到的地方使用extern關(guān)鍵字修飾。

//main.cpp
extern int _a;
extern int _b;
int maxAB(int a,int b);
int main() {
cout << "a:" << _a << " b:" << _b << endl;
cout << maxAB(100,200) << endl;
}

運行結(jié)果：
a:100 b:200
200

如果我們把module1.h中如下定義：

extern int _a = 100；
extern int _b = 200;

這樣肯定會報錯的，因為extern int _a是變量聲明，而extern int _a = 100則是變量聲明和定義。因為module1.cpp中是將"module1.h" include到cpp中的，如果在.h中聲明和定義即使用extern int _a = 100方式，則會引起重復(fù)定義，而extern int _a是變量聲明，并非定義，所有不會重復(fù)。

extern 使用過程中的一些注意事項

這里引用掘友出的題：

數(shù)組通過外部聲明為指針時，數(shù)組和指針是不能互換使用的；那么請思考一下，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；此時訪問 a[i]，會發(fā)生什么；

先說結(jié)果，會引起 segmentation fault 報錯；

這里涉及到了數(shù)組與指針的區(qū)別

數(shù)組與指針的區(qū)別

數(shù)組變量和枚舉常量一樣都屬于符號常量。注意，不是數(shù)組變量這個符號的值是那塊內(nèi)存的首地址，而是數(shù)組變量這個符號本身代表了首地址，它就是這個地址值。這就是數(shù)組變量屬于符號常量的意義所在。

由于數(shù)組變量是一個符號常量，所以其可以看做是右值，而指針作為變量，只能看作為左值。右值永遠(yuǎn)不等于左值，所以將指針賦予數(shù)組常量是不合法的。

例如：char a[] 中的 a 是常量，是一個地址，char *a 中 a 是一個變量，一個可以存放地址的變量。

extern 聲明全局變量的內(nèi)部實現(xiàn)

被extern修飾的全局變量，在編譯期不會分配空間，而是在鏈接的時候通過索引去別的文件中查找索引對應(yīng)的地址。假設(shè)文件中聲明了一個：

extern char a[];

這是一個外部變量的聲明，聲明了一個外部的字符數(shù)組，編譯器看到這玩意時不會立即給a分配空間，而是等鏈接器進(jìn)行尋址，編譯器會將所有關(guān)于a的引用化為一個不包含類型的標(biāo)號，編譯完成后會得到一個目標(biāo)中間產(chǎn)物a.o，但是此時a.o中關(guān)于a還是一個無類型標(biāo)號，鏈接器連接的時候發(fā)現(xiàn)這個標(biāo)號，會去其他中間產(chǎn)物中查找和這個標(biāo)號對應(yīng)的地址，找到之后替換這個標(biāo)號。最后鏈接為一個可執(zhí)行的文件。

extern char * a;

這也是一個外部變量的聲明，它聲明了一個字符指針。編譯以及鏈接過程和前面字符數(shù)組過程類似，只是此時鏈接器在尋找符號地址的時候，找到的是前面聲明的 extern char a[] 字符數(shù)組，這里就有問題了：由于在這個文件中聲明的 a 是一個指針變量而不是數(shù)組，鏈接器的行為實際上是把指針 a 自身的地址定位到了另一個 .cpp 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)容實際上變成了數(shù)組 a 首地址開始的 4 字節(jié)表示的地址

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 a 的位置是其他位置，其內(nèi)容才是數(shù)組首地址。

這里著重要理解的是：指針的地址以及指針的內(nèi)容的區(qū)別，指針本身也存在地址，鏈接器將數(shù)組的首地址賦予了指針本身，這樣肯定是不行的。

舉個例子，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 是重新定義了一個指針變量 a，其地址可能是 0x87654321，因此直接使用 extern char *a 是錯誤的。

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候只找尋同名的標(biāo)號，不檢查類型，所以才會導(dǎo)致編譯通過，運行時出錯。

extern "C"

extern "C"的真實目的是實現(xiàn)類C和C++的混合編程。在C++源文件中的語句前面加上extern "C"，表明它按照類C的編譯和連接規(guī)約來編譯和連接，而不是C++的編譯的連接規(guī)約。這樣在類C的代碼中就可以調(diào)用C++的函數(shù)or變量等。（注：我在這里所說的類C，代表的是跟C語言的編譯和連接方式一致的所有語言）

C和C++互相調(diào)用

前面我們說了extern “C”是為了實現(xiàn)C和C++混編，接下來就來講解下C與C++如何相互調(diào)用，在講解相互調(diào)用之前，我們先來了解C和C++編譯和鏈接過程的差異。

C++的編譯和鏈接

大家都知道C++是一個面向?qū)ο蟮木幊谭绞?，而面向?qū)ο笞詈诵牡奶匦跃褪侵剌d，函數(shù)重載給我們帶來了很大便利性。假設(shè)定義如下函數(shù)重載方法：

void log(int i);
void log(char c);
void log(float f);
void log(char* c);

則在編譯后：

_log_int
_log_char
_log_float
_log_string

編譯后的函數(shù)名通過帶上參數(shù)的類型信息，這樣連接時根據(jù)參數(shù)就可以找到正確的重載方法。

C++中給的變量編譯也是這樣一個過程，如全局變量會編譯為g_xx,類變量編譯為c_xx.連接時也是按照這種機制去查找對應(yīng)的變量的。

C的編譯和連接

C語言中并沒有重載和類這些特性，故不會像C++一樣將log(int i)編譯為log_int,而是直接編譯為log函數(shù)，當(dāng)C++去調(diào)用C中的log(int i)方法時，會找不到_log_int方法，此時extern “C”的作用就體現(xiàn)出來了。

下面來看下C和C++是如何互相調(diào)用的。

C++中調(diào)用C的代碼

假設(shè)一個C的頭文件cHeader.h中聲明了一個函數(shù)_log(int i)，如果C++要調(diào)用它，則必須添加上extern關(guān)鍵字。代碼如下：

//cHeader.h
#ifndef C_HEADER
#define C_HEADER
extern void _log(int i);
#endif // !C_HEADER

在對應(yīng)的cHeader.c文件中實現(xiàn)_log方法：

//cHeader.c
#include "cHeader.h"
#include <stdio.h>

void _log(int i) {
    printf("cHeader %d\n", i);
}

在C++中引用cHeader中的_log方法：

//main.cpp
extern "C" {
    //void _log(int i);
    #include "cHeader.h"
}
int main() {
    _log(100);
}

linux執(zhí)行上述文件的命令為：

1.首先執(zhí)行g(shù)cc -c cHeader.c，會產(chǎn)生cHeader.o；
2.然后執(zhí)行g(shù)++ -o C++ main.cpp cHeader.o
3.執(zhí)行程序輸出：Header 100

注意：在main.cpp文件中可以不用包含函數(shù)聲明的文件，即“extern "C"{#include"cHeader.h"}”，而直接改用extern "C" void log(int i)的形式。那main.cpp是如何找到C中的log函數(shù)，并調(diào)用的呢？

那是因為首先通過gcc -c cHeader.c生成一個目標(biāo)文件cHeader.o，然后我們通過執(zhí)行g(shù)++ -o C++ main.cpp cHeader.o這個命令指明了需要鏈接的目標(biāo)文件cHeader.o。 main.cpp中只需要聲明哪些函數(shù)需要以C的形式調(diào)用，然后去目標(biāo)文件中查找即可。“.o”為目標(biāo)文件。類似Windows中的obj文件。

C中調(diào)用C++的代碼

C中調(diào)用C++中的代碼和前面的有所不同，首先在cppHeader.h中聲明一個_log_i方法。

#pragma once
extern "C" {
    void _log_i(int i);
}

在對應(yīng)的cppHeader.cpp中實現(xiàn)該方法：

#include "cppHeader.h"
#include &lt;stdio.h&gt;

void _log_i(int i) {
    printf("cppHeader:%d\n", i);
}

定義一個cMain.c文件調(diào)用_log_i方法：

extern void _log_i(int i);
int main() {
    _log_i(120);
}

注意點：

1.如果直接在.c文件中include “cppHeader.h”是會報錯的，因為cppHeader.h中包含了extern “C”，而將cppHeader.h包含進(jìn)來，會直接展開cppHeader.h內(nèi)容，而extern “C”在C語言中是不支持的，所以會報錯。
2.在.c文件中不加extern void _log_i(int i)也會報錯

linux執(zhí)行上述文件的命令為：

（1）首先執(zhí)行命令：g++ cppHeader.cpp -fpic -shared -g -o cppHeader.so 該命令是將cppHeader.cpp編譯成動態(tài)連接庫，其中編譯參數(shù)的解釋如下：

-shared 該選項指定生成動態(tài)連接庫（讓連接器生成T類型的導(dǎo)出符號表，有時候也生成弱連接W類型的導(dǎo)出符號），不用該標(biāo)志外部程序無法連接。相當(dāng)于一個可執(zhí)行文件
-fPIC：表示編譯為位置獨立的代碼，不用此選項的話編譯后的代碼是位置相關(guān)的所以動態(tài)載入時是通過代碼拷貝的方式來滿足不同進(jìn)程的需要，而不能達(dá)到真正代碼段共享的目的。
-g：為調(diào)試

（2）然后再執(zhí)行命令：gcc cMain.c cppHeader.so -o cmain 該命令是編譯cMain.c文件，同時鏈接cppHeader.so文件，然后產(chǎn)生cmain的可執(zhí)行文件。

（3）最后執(zhí)行命令： ./cmain 來執(zhí)行該可執(zhí)行程序