[轉]全域變量:extern/static/const區別與聯系

在討論全局變量之前我們先要明白幾個基本的概念：

1. 編譯單元(模塊)：
    在IDE開發工具大行其道的今天，對於編譯的一些概念很多人已經不再清楚了，很多程序員最怕的就是處理連接錯誤(LINK ERROR), 因為它不像編譯錯誤那樣可以給出你程序錯誤的具體位置，你常常對這種錯誤感到懊惱，但是如果你經常使用gcc，makefile等工具在linux或者嵌 入式下做開發工作的話，那麼你可能非常的理解編譯與連接的區別！當在VC這樣的開發工具上編寫完代碼，點擊編譯按鈕准備生成exe文件時，VC其實做了兩 步工作，第一步，將每個.cpp(.c)和相應.h文件編譯成obj文件；第二步，將工程中所有的obj文件進行LINK生成最終的.exe文件，那麼錯 誤就有可能在兩個地方產生，一個是編譯時的錯誤，這個主要是語法錯誤，另一個是連接錯誤，主要是重復定義變量等。我們所說的編譯單元就是指在編譯階段生成 的每個obj文件，一個obj文件就是一個編譯單元，也就是說一個cpp(.c)和它相應的.h文件共同組成了一個編譯單元，一個工程由很多個編譯單元組 成，每個obj文件裡包含了變量存儲的相對地址等 。



2. 聲明與定義的區別
    函數或變量在聲明時，並沒有給它實際的物理內存空間，它有時候可以保證你的程序編譯通過， 但是當函數或變量定義的時候，它就在內存中有了實際的物理空間，如果你在編譯模塊中引用的外部變量沒有在整個工程中任何一個地方定義的話， 那麼即使它在編譯時可以通過，在連接時也會報錯，因為程序在內存中找不到這個變量！你也可以這樣理解， 對同一個變量或函數的聲明可以有多次，而定義只能有一次!

3. extern的作用（見我的另外一篇文章總結）
    extern有兩個作用，第一個,當它與"C"一起連用時，如: extern "C" void fun(int a, int b); 則告訴編譯器在編譯fun這個函數名時按著C的規則去翻譯相應的函數名而不是C++的， C++的規則在翻譯這個函數名時會把fun這個名字變得面目全非，可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是別的，這要看編譯器的"脾氣"了 (不同的編譯器采用的方法不一樣)，為什麼這麼做呢，因為C++支持函數的重載啊，在這裡不去過多的論述這個問題，如果你有興趣可以去網上搜索，相信你可 以得到滿意的解釋!
    當extern不與"C"在一起修飾變量或函數時，如在頭文件中: extern int g_Int; 它的作用就是聲明函數或全局變量的作用範圍的關鍵字，其聲明的函數和變量可以在本模塊或者其他模塊中使用，記住它是一個聲明不是定義!也就是說B模塊(編譯 單元)要是引用模塊(編譯單元)A中定義的全局變量或函數時，它只要包含A模塊的頭文件即可, 在編譯階段，模塊B雖然找不到該函數或變量，但它不會報錯，它會在連接時從模塊A生成的目標代碼中找到此函數。

    如果你對以上幾個概念已經非常明白的話，那麼讓我們一起來看以下幾種全局變量/常量的使用區別:

1. 用extern修飾的全局變量
    以上已經說了extern的作用，下面我們來舉個例子,如:
    在test1.h中有下列聲明:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
   extern char g_str[]; // 聲明全局變量g_str
    void fun1();
    #endif
    在test1.cpp中
    #include "test1.h"
   
    char g_str[] = "123456"; // 定義全局變量g_str
   
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    以上是test1模塊， 它的編譯和連接都可以通過,如果我們還有test2模塊也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了
    #include "test1.h"

    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    以上test1和test2可以同時編譯連接通過，如果你感興趣的話可以用ultraEdit打開test1.obj,你可以在裡面著"123456"這 個字符串,但是你卻不能在test2.obj裡面找到，這是因為g_str是整個工程的全局變量，在內存中只存在一份, test2.obj這個編譯單元不需要再有一份了，不然會在連接時報告重復定義這個錯誤!
    有些人喜歡把全局變量的聲明和定義放在一起，這樣可以防止忘記了定義，如把上面test1.h改為
    extern char g_str[] = "123456"; // 這個時候相當於沒有extern
    然後把test1.cpp中的g_str的定義去掉,這個時候再編譯連接test1和test2兩個模塊時，會報連接錯誤，這是因為你把全局變量 g_str的定義放在了頭文件之後，test1.cpp這個模塊包含了test1.h所以定義了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定義了g_str, 這個時候連接器在連接test1和test2時發現兩個g_str。如果你非要把g_str的定義放在test1.h中的話，那麼就把test2的代碼 中#include "test1.h"去掉 換成:
    extern char g_str[];
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    這個時候編譯器就知道g_str是引自於外部的一個編譯模塊了，不會在本模塊中再重復定義一個出來，但是我想說這樣做非常糟糕，因為你由於無法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那麼test1.h中聲明的其他函數你也無法使用了，除非也用都用extern修飾，這樣的話你光聲明的函數就要一大串，而且頭文件的作用就是要給外部提 供接口使用的，所以 請記住， 只在頭文件中做聲明，真理總是這麼簡單。

2. 用static修飾的全局變量
    首先，我要告訴你static與extern是一對“水火不容”的家伙，也就是說extern和static不能同時修飾一個變量；其次，static修 飾的全局變量聲明與定義同時進行，也就是說當你在頭文件中使用static聲明了全局變量後，它也同時被定義了；最後，static修飾全局變量的作用域 只能是本身的編譯單元，也就是說它的“全局”只對本編譯單元有效，其他編譯單元則看不到它,如:
    test1.h:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    static char g_str[] = "123456";
    void fun1();
    #endif

    test1.cpp:
    #include "test1.h"
   
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    test2.cpp
    #include "test1.h"
   
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    以上兩個編譯單元可以連接成功, 當你打開test1.obj時，你可以在它裡面找到字符串"123456", 同時你也可以在test2.obj中找到它們，它們之所以可以連接成功而沒有報重復定義的錯誤是因為雖然它們有相同的內容，但是存儲的物理地址並不一樣， 就像是兩個不同變量賦了相同的值一樣，而這兩個變量分別作用於它們各自的編譯單元。
    也許你比較較真，自己偷偷的跟蹤調試上面的代碼,結果你發現兩個編譯單元（test1, test2）的g_str的內存地址相同，於是你下結論static修飾的變量也可以作用於其他模塊，但是我要告訴你，那是你的編譯器在欺騙你，大多數編 譯器都對代碼都有優化功能，以達到生成的目標程序更節省內存，執行效率更高，當編譯器在連接各個編譯單元的時候，它會把相同內容的內存只拷貝一份，比如上 面的"123456", 位於兩個編譯單元中的變量都是同樣的內容，那麼在連接的時候它在內存中就只會存在一份了， 如果你把上面的代碼改成下面的樣子，你馬上就可以拆穿編譯器的謊言:
    test1.cpp:
    #include "test1.h"
   
    void fun1()
    {
        g_str[0] = 'a';
        cout << g_str << endl;
    }

    test2.cpp
    #include "test1.h"
   
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    void main()
    {
        fun1(); // a23456
        fun2(); // 123456
    }
   
    這個時候你在跟蹤代碼時，就會發現兩個編譯單元中的g_str地址並不相同，因為你在一處修改了它，所以編譯器被強行的恢復內存的原貌，在內存中存在了兩份拷貝給兩個模塊中的變量使用。

    正是因為static有以上的特性，所以一般定義static全局變量時，都把它放在原文件中而不是頭文件，這樣就不會給其他模塊造成不必要的信息污染，同樣記住這個原則吧！
   
3 const修飾的全局常量（const總結的ms還不是很好，下次要是有好文章再轉載！）

    const修飾的全局常量用途很廣，比如軟件中的錯誤信息字符串都是用全局常量來定義的。const修飾的全局常量據有跟static相同的特性(有條件的，感謝sswv的提醒，const放在只讀靜態存儲區)，即它們只能作用於本編譯模塊中，但是const可以與extern連用來聲明該常量可以作用於其他編譯模塊中, 如
    extern const char g_str[];
    然後在原文件中別忘了定義:
    const char g_str[] = "123456";

    所以當const單獨使用時它就與static相同，（前提是都在描述全局變量，如果在函數內部就不一樣）而當與extern一起合作的時候，它的特性就跟extern的一樣了！所以對const我沒有什麼 可以過多的描述，我 只是想提醒你，const char* g_str = "123456" 與 const char g_str[] = "123465"是不同的， 前面那個const 修飾的是char * 而不是g_str,它的g_str並不是常量，它被看做是一個定義了的全局變量（可以被其他編譯單元使用）， 所以如果你像讓char *g_str遵守const的全局常量的規則，最好這麼定義const char* const g_str="123456".