理解 static & extern

在c / c++语言中，经常会遇到这样两个关键字，static和extern，通过阅读网上的一些介绍和代码实践之后，下面稍作总结。

一、首先单独介绍一下 static

1.先来介绍它的第一条也是最重要的一条：隐藏。

当我们同时编译多个文件时，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性。为理解这句话，我举例来说明。我们要同时编译两个源文件，一个是file.cpp，另一个是main.cpp.

下面是file.cpp的内容：

#include <iostream>
using namespace std;
char ch = 'a';
void printInfo()
{
cout<<"hello world"<<endl;
}

下面是main.cpp的内容：

#include <iostream>
using namespace std;

extern void printInfo();
extern char ch;

int main()
{
cout<<ch<<endl;
printInfo();
return 0;
}

运行结果是：

a
hello world

下面解说一下这段代码：你可能会问：为什么在file.cpp中定义的全局变量 ch 和函数 printInfo 能在main.c中使用？前面说过，所有未加static前缀的全局变量和函数都具有全局可见性，其它的源文件也能访问。但是在使用之前，必须要使用extern
关键字进行声明。此例中，ch是全局变量，printInfo是函数，并且都没有加static前缀，因此对于另外的源文件main.c是可见的。

如果加了static，就会对其它源文件隐藏。例如在ch和printInfo的定义前加上static，main.c就看不到它们了。

编译过程中就会出现： 



所以，利用这一特性，可以在不同的文件中定义同名函数和同名变量（用static修饰），而不必担心命名冲突。

Static可以用作函数和变量的前缀，对于函数来讲，static的作用仅限于隐藏，而对于变量，static还有下面两个作用。

2.static的第二个作用是保持变量内容的持久--静态局部变量。

存储在静态数据区的变量会在程序刚开始运行时就完成初始化，也是唯一的一次初始化。共有两种变量存储在静态存储区：全局变量和static变量，只不过和全局变量比起来，static可以控制变量的可见范围，说到底static还是用来隐藏的。虽然这种用法不常见，但我还是举一个例子。

#include <iostream>
using namespace std;
int fun(void)
{
//在用static修饰局部变量后，该变量只在初次运行时进行初始化工作，且只进行一次。
static int count = 10;
return count--;
}
int count = 1;
int main(void)
{
cout<<"global"<<"  "<<"local static"<<endl;
for(; count <= 10; ++count)
cout<<count<<"  "<<fun()<<endl;
return 0;
}

运行结果：

global  local static
1  10
2  9
3  8
4  7
5  6
6  5
7  4
8  3
9  2
10  1

注意到其中fun函数中的 count 变量经过static修饰之后，隐藏在局部，是一个静态局部变量。

3、static的第三个作用是默认初始化为0.其实全局变量也具备这一属性，因为全局变量也存储在静态数据区。

在静态数据区，内存中所有的字节默认值都是0x00，某些时候这一特点可以减少程序员的工作量。比如初始化一个稀疏矩阵，我们可以一个一个地把所有元素都置0，然后把不是0的几个元素赋值。如果定义成静态的，就省去了一开始置0的操作。再比如要把一个字符数组当字符串来用，但又觉得每次在字符数组末尾加‘\0’太麻烦。如果把字符串定义成静态的，就省去了这个麻烦，因为那里本来就是‘\0’。不妨做个小实验验证一下。

#include <iostream>
using namespace std;

int main(void)
{
static int a[4];
for(int index = 0;index <= 3;index ++) cout<<a[index]<<"  ";
cout<<endl;

static char str[4];
cout<<"start"<<str<<"end"<<endl;
return 0;
}

运行结果：

0  0  0  0
startend

最后对static的三条作用做一句话总结。首先static的最主要功能是隐藏，其次因为static变量存放在静态存储区，所以它具备持久性和默认值0。

static法则：

    A、若全局变量仅在单个C文件中访问，则可以将这个变量修改为静态全局变量，以降低模块间的耦合度;

    B、若全局变量仅由单个函数访问，则可以将这个变量改为该函数的静态局部变量，以降低模块间的耦合度；

    C、设计和使用访问动态全局变量、静态全局变量、静态局部变量的函数时，需要考虑重入问题；

二、static & extern

extern关键字的作用是声明变量和函数为外部链接，即该变量或函数名在其它文件中可见。

用其声明的变量或函数应该在别的文件或同一文件的其它地方定义。与extern对应的关键字是
static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。

文件a.c
static int i; //只在a文件中用
int j;   //在工程里用
static void init()         //只在a文件中用
{
}
void callme()          //在工程中用
{
static int sum;
}

上面的全局i变量和init()函数只能用在a.c文件中,全局变量sum的作用域只在callme里。变量j和函数callme()的全局限扩充到整个工程文件。所以可以在下面的b.c中用extern关键字调用。extern告诉编译器这个变量或者函数在其他文件里已经被定义了。

文件b.c
extern int j;    //调用a文件里的
extern void callme();  //调用a文件里的
int main()
{
...
}

三、extern
“C”
1.引言
　　C++语言的创建初衷是“a better C”，但是这并不意味着C++中类似C语言的全局变量和函数所采用的编译和连接方式与C语言完全相同。作为一种欲与C兼容的语言，C++保留了一部分过程式语言的特点（被世人称为“不彻底地面向对象”），因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是，C++毕竟是一种面向对象的程序设计语言，为了支持函数的重载，C++对全局函数的处理方式与C有明显的不同。

2.从标准头文件说起
　　某企业曾经给出如下的一道面试题：
　　面试题

　　为什么标准头文件都有类似以下的结构？
 

#ifndef __INCvxWorksh

#define __INCvxWorksh 

#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif 

/*...*/ 

#ifdef __cplusplus

}

#endif 

#endif /* __INCvxWorksh */

　　分析

　　显然，头文件中的编译宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止该头文件被重复引用。
　　那么
#ifdef __cplusplus

extern "C" {

#endif 

#ifdef __cplusplus

}

#endif

　　的作用又是什么呢？我们将在下文一一道来。

 

3.深层揭密extern "C"
　　extern "C" 包含双重含义，从字面上即可得到：首先，被它修饰的目标是“extern”的；其次，被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。
　　被extern "C"限定的函数或变量是extern类型的；
　　extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围（可见性）的关键字，该关键字告诉编译器，其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住，下列语句：
　　extern int a;

　　仅仅是一个变量的声明，其并不是在定义变量a，并未为a分配内存空间。变量a在所有模块中作为一种全局变量只能被定义一次，否则会出现连接错误。
　　通常，在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字extern声明。
例如，如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样，模块B中调用模块A中的函数时，在编译阶段，模块B虽然找不到该函数，但是并不会报错；它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。
　　与extern对应的关键字是static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此，一个函数或变量只可能被本模块使用时，其不可能被extern “C”修饰。
　　被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的；

未加extern “C”声明时的编译方式：

　　首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。
　　作为一种面向对象的语言，C++支持函数重载，而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如，假设某个函数的原型为：
void foo( int x, int y );

　　该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo，
而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为“mangled name”）。
　　_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息，C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如，在C++中，函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的，后者为_foo_int_float。

　　同样地，C++中的变量除支持局部变量外，还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名，我们以"."来区分。而本质上，编译器在进行编译时，与函数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。
　　
未加extern "C"声明时的连接方式：
　　假设在C++中，模块A的头文件如下：
// 模块A头文件　moduleA.h

#ifndef MODULE_A_H

#define MODULE_A_H

int foo( int x, int y );

#endif

　　在模块B中引用该函数：
// 模块B实现文件　moduleB.cpp

#include "moduleA.h"

foo(2,3);

　　实际上，在连接阶段，连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号！

加extern "C"声明后的编译和连接方式
　　加extern "C"声明后，模块A的头文件变为：
// 模块A头文件　moduleA.h

#ifndef MODULE_A_H

#define MODULE_A_H

extern "C" int foo( int x, int y );

#endif

　　在模块B的实现文件中仍然调用foo( 2,3 )，其结果是：
　　（1）模块A编译生成foo的目标代码时，没有对其名字进行特殊处理，采用了C语言的方式；
　　（2）连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时，寻找的是未经修改的符号名_foo。
　　如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型，而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，则模块B找不到模块A中的函数；反之亦然。
　　所以，可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的（任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时，不能只停留在这个语言是怎么做的，还要问一问它为什么要这么做，动机是什么，这样我们可以更深入地理解许多问题）：

　　实现C++与C及其它语言的混合编程。
4、明白了C++中extern "C"的设立动机，我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。
（1）、C++中调用C的代码
假设一个C的头文件cHeader.h中包含一个函数print(int
i)，为了在C++中能够调用它，必须要加上extern关键字（原因在extern关键字那节已经介绍）。它的代码如下：

#ifndef C_HEADER
#define C_HEADER

extern void print(int i);

#endif C_HEADER

相对应的实现文件为cHeader.c的代码为：

#include <stdio.h>
#include "cHeader.h"
void print(int i)
{
printf("cHeader %d\n",i);
}

现在C++的代码文件C++.cpp中引用C中的print(int i)函数：

extern "C"{
#include "cHeader.h"
}

int main(int argc,char** argv)
{
print(3);
return 0;
}

执行程序输出：

cHeader
3

（2）、C中调用C++的代码
现在换成在C中调用C++的代码，这与在C++中调用C的代码有所不同。如下在cppHeader.h头文件中定义了下面的代码：

#ifndef CPP_HEADER
#define CPP_HEADER

extern "C" void print(int i);

#endif CPP_HEADER

相应的实现文件cppHeader.cpp文件中代码如下：

#include "cppHeader.h"

#include <iostream>
using namespace std;
void print(int i)
{
cout<<"cppHeader "<<i<<endl;
}

在C的代码文件c.c中调用print函数：

extern void print(int i);
int main(int argc,char** argv)
{
print(3);
return 0;
}

注意在C的代码文件中直接#include "cppHeader.h"头文件，编译出错。而且如果不加extern int print(int i)编译也会出错。

总结：
extern “C” 是一个双向都需要用到的语法表示，就是说在cpp引用c头文件，或者c引用cpp文件时都需要用到。但extern “C” 永远只能在cpp引用时出现，c引用时不允许存在。当cpp引用c中的函数时，需要在cpp使用的头文件中声明extern
“C”，当c引用cpp中的函数时，需要在cpp使用的头文件中用extern “C”声明，这样编译器在编译时会对函数名进行特殊处理，以使其能够被c引用。如果不进行声明，那么当c引用这个头文件时，就会找不到函数，因为cpp的函数命名规则中包含变量类型，而c编译后的函数名不包含这些。