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C语言 extern的使用详解(多文件编程)

[日期:2019-08-02] 来源:Linux社区  作者:lanhaicode [字体: ]

extern——关键字

extern是C语言中的一个关键字,一般用在变量名前或函数名前,作用是用来说明“此变量/函数是在别处定义的,要在此处引用”,extern这个关键字大部分读者应该是在变量的存储类型这一类的内容中遇到的,下面先分析C语言不同的存储类型

在C语言中变量和函数有数据类型存储类型两个属性,因此变量定义的一般形式为:存储类型 数据类型 变量名表;

C语言提供了一下几种不同的存储类型:

(1)  自动变量(auto)

(2)  静态变量(static)

(3)  外部变量(extern)

(4)  寄存器变量(register)

(上面的auto、static、extern、register都是C语言的关键字),这里只分析extern关键字的使用

外部变量(全局变量)extern----全局静态存储区

标准定义格式:extern 类型名 变量名;

如果在所有函数之外定义的变量没有指定其存储类别,那么它就是一个外部变量,它的作用域是从它的定义点到本文件的末尾在单个源文件中的确是这样,如果有多个源文件,全局变量的作用范围不是从变量定义处到该文件结尾,而是在其他文件中也有效),但是如果要在定义点之前或者其他文件中使用它,那么就需要使用关键字extern对其进行声明(注意不是定义,编译器并不为其分配内存)

Tips:

定义:表示创建变量或分配存储单元

声明:说明变量的性质,但并不分配存储单元

extern int i; //是声明,不是定义,没有分配内存
int i; //是定义

如果在声明的时候给变量赋值,那么就和去掉extern直接定义变量赋值是等价的

extern int a = 10;//尽量不要写这种定义方式
int a = 10;//上述两条语句等价

(注意上面的不同语句对声明和定义的区分,对源文件中的局部变量来说是成立的(也就是.c文件),而对于源文件中的全局变量(外部变量)int a和在头文件中的int a就不能用上面的语句来解释声明和定义的区别)

补充:定义和声明的一个小坑,对于int a;来说,在源文件中,如果是全局变量的话就是声明,如果是局部变量的话就是定义

全局变量:

文章前面提到过一句话:如果在所有函数之外定义的变量没有指定其存储类别,那么它就是一个外部变量,意思就是这里的int a;等价于extern int a;相当于声明,声明是可以多次的

局部变量:

 

文章中只提到了extern(外部变量),这里补充下auto(自动变量),由于auto(自动变量)极为常用,所以C语言把它设计成缺省的存储类型,即auto 可以省略不写,在main函数内部的变量int a也是局部变量,

相当于auto int a;相当于定义,定义只能一次

 

谨记:声明可以多次,定义只能一次

外部变量保存在静态存储区内,在程序运行期间分配固定的存储单元,其生存期是整个程序的运行期,没有显式初始化的外部变量由编译程序自动初始化为0(extern说明符来扩展全局变量的作用域,可以将全局变量的作用域扩展到其他文件,但不能限制全局变量的作用域

extern作用于函数名和变量名时的区别:

读者应该会发现,函数声明时并没有使用 extern 关键字,这是因为,函数的定义有函数体,函数的声明没有函数体,编译器很容易区分定义和声明,所以对于函数声明来说,有没有extern 都是一样的

但是作用于变量名时extern关键字就不是可有可无的了,全局变量在外部使用声明时,extern关键词是必须的,如果变量无extern修饰且没有显式的初始化,就成为了变量的定义,因此此时必须加extern,

全局变量在不指定初值时会自动初始化为0

多文件编程

C语言代码是由上到下依次执行的,不管是变量还是函数,原则上都要先定义再使用,否则就会报错。但在实际开发中,经常会在函数或变量定义之前就使用它们,这个时候就需要提前声明(extern)

头文件中包含的都是函数声明,而不是函数定义

最好不要在头文件中定义变量,例如全局变量

这里的int a是个全局变量的定义,所以如果这个头文件被多次引用的话,a会被重复定义,这显然是不允许的,下面举一个简单多文件编程的例子

从上面的四张图可以看出,一共用了3个文件,两个c文件(源文件)一个h文件(头文件),我在my.c中写了一个函数名为Max的函数,在头文件中声明了这个Max函数,在有main的这个test1.c这个

源文件中用#include "my.h"包含了这个头文件,然后在函数中就可以直接使用Max函数了(注意头文件中只是声明,没有定义,而且不建议在头文件中定义函数,会引起很多不必要的麻烦

在《高质量C/C++编程指南》一书中,对此也有说明:

【建议1-2-1】头文件中只存放“声明”,而不存放“定义”。

在C++语法中,类的成员函数可以在声明的同时被定义,并且自动成为内联函数。这虽然会带来书写上的方便,但却造成了风格不一致,弊大于利。建议将成员函数的定义分开,不论该函数体有多么小。

【建议1-2-2】不提倡使用全局变量,尽量不要在头文件中出现现象 extern int value 这类声明。

问题一:如果在my.c这个文件中定义了一个全局变量,想要在main函数中使用,该怎么做呢?

方法一:在含有main函数的源文件test1.c中加extern声明

运行结果:

方法二:在头文件中my.h中对my.c中的全局变量进行声明,再在test1.c中include头文件my.h

运行结果:

防止C语言头文件被重复包含

头文件包含命令 #include 的效果与直接复制粘贴头文件内容的效果是一样的,预处理器实际上也是这样做的,它会读取头文件的内容,然后输出到 #include 命令所在的位置,头文件包含是一个

递归(循环)的过程,如果被包含的头文件中还包含了其他的头文件,预处理器会继续将它们也包含进来;这个过程会一直持续下去,直到不再包含任何头文件,这与递归的过程颇为相似,

递归包含会导致一个问题,就是重复引入同一个头文件,重复引入同一头文件有什么问题呢,当你在头文件中定义变量或者函数时(注意是定义不是声明,多次声明是没有问题的)多次引入头文件就会报“变量被多次定义”的错误

下面来还原这种错误:

上面一共使用了3个头文件k1.h、k2.h、my.h在k1.h和k2.h中都包含了my.h,而且在my.h中有一个全局变量int k = 10,在test1.c中包含了上述三个头文件

编译结果

解决方法:

方法一:使用条件编译#ifndef(如果读者对条件编译不了解,可以先看一下这一篇随笔预处理命令使用详解----#if、#endif、#undef、#ifdef、#else、#elif

解释一下上面的条件编译语句,如果_MY_H这个宏名没有被定义,那么定义_MY_H这个宏名,并且定义全局变量int k = 10,这样做就避免了头文件的重复包含引起的,变量或函数的重复定义问题

我们可以在stdio.h这个“标准输入\输出头文件”中看到类似的用法

格式就像下面这个样子:

#ifndef _INC_STDIO
#define _INC_STDIO
/* 头文件内容 */
#endif

这种宏保护方案使得程序员可以“任性”地引入当前模块需要的所有头文件,不用操心这些头文件中是否包含了其他的头文件

但也不是没有缺点

#ifndef的方式依赖于宏名不能冲突,这不光可以保证同一个文件不会被包含多次,也能保证内容完全相同的两个文件不会被不小心同时包含

缺点就是如果不同头文件的宏名不小心“撞车”,可能就会导致头文件明明存在,编译器却硬说找不到声明的状况

方法二:使用#pragma once

#pramgma once是微软编译器独有的,也是后来才有的,所以知道的人并不是很多,用的人也不是很多,因为他不支持跨平台。如果你想写跨平台的代码,最好使用条件编译,如果想使用#pragma once,

只需在头文件开头加上#pragma once即可

 

#pragma带来的好处是:你不必再费劲想个宏名了,当然也就不会出现宏名碰撞引发的奇怪问题,坏处也有,#pragma once是由编译器提供保证:同一个文件不会被包含多次。注意这里所说的“同一个文件”是指物理上的一个文件,而不是指内容相同的两个文件,如果某个头文件有多份拷贝,这个方法就不能保证他们不被重复包含。当然,相比宏名碰撞引发的“找不到声明”的问题,重复包含更容易被发现并修正

总结:1.#ifndef 由语言支持所以移植性好

    2.#pragma 可以避免名字冲突 

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