7.7 — 外部链接和变量前向声明

在上一课（7.6 -- 内部链接）中，我们讨论了内部链接如何将标识符的使用限制在单个文件中。在本课中，我们将探讨外部链接的概念。

具有外部链接的标识符可以在定义它的文件中以及从其他代码文件（通过前向声明）中看到和使用。从这个意义上说，具有外部链接的标识符是真正“全局”的，因为它们可以在程序的任何地方使用！

函数默认具有外部链接

在2.8 -- 包含多个代码文件的程序中，您了解到可以从一个文件调用在另一个文件中定义的函数。这是因为函数默认具有外部链接。

为了调用在另一个文件中定义的函数，您必须在任何其他希望使用该函数的代码文件中放置该函数的前向声明。前向声明告诉编译器该函数的存在，链接器将函数调用连接到实际的函数定义。

这是一个例子

a.cpp

#include <iostream>

void sayHi() // this function has external linkage, and can be seen by other files
{
    std::cout << "Hi!\n";
}

main.cpp

void sayHi(); // forward declaration for function sayHi, makes sayHi accessible in this file

int main()
{
    sayHi(); // call to function defined in another file, linker will connect this call to the function definition

    return 0;
}

上面的程序打印

Hi!

在上面的示例中，main.cpp中函数sayHi()的前向声明允许main.cpp访问在a.cpp中定义的sayHi()函数。前向声明满足了编译器，链接器能够将函数调用链接到函数定义。

如果函数sayHi()改为内部链接，链接器将无法将函数调用连接到函数定义，从而导致链接器错误。

具有外部链接的全局变量

具有外部链接的全局变量有时称为外部变量。为了使全局变量外部化（从而可由其他文件访问），我们可以使用extern关键字来实现

int g_x { 2 }; // non-constant globals are external by default (no need to use extern)

extern const int g_y { 3 }; // const globals can be defined as extern, making them external
extern constexpr int g_z { 3 }; // constexpr globals can be defined as extern, making them external (but this is pretty useless, see the warning in the next section)

int main()
{
    return 0;
}

非 const 全局变量默认是外部的，因此我们不需要将它们标记为extern。

通过 extern 关键字进行变量前向声明

要实际使用在另一个文件中定义的外部全局变量，您还必须在任何其他希望使用该变量的文件中放置该全局变量的前向声明。对于变量，创建前向声明也通过extern关键字（不带初始化值）完成。

这是一个使用变量前向声明的示例

main.cpp

#include <iostream>

extern int g_x;       // this extern is a forward declaration of a variable named g_x that is defined somewhere else
extern const int g_y; // this extern is a forward declaration of a const variable named g_y that is defined somewhere else

int main()
{
    std::cout << g_x << ' ' << g_y << '\n'; // prints 2 3

    return 0;
}

这是这些变量的定义

a.cpp

// global variable definitions
int g_x { 2 };              // non-constant globals have external linkage by default
extern const int g_y { 3 }; // this extern gives g_y external linkage

在上面的示例中，a.cpp和main.cpp都引用了名为g_x的相同全局变量。因此，即使g_x在a.cpp中定义并初始化，我们仍然可以通过g_x的前向声明在main.cpp中使用它的值。

请注意，extern关键字在不同的上下文中具有不同的含义。在某些上下文中，extern表示“赋予此变量外部链接”。在其他上下文中，extern表示“这是在其他地方定义的外部变量的前向声明”。是的，这令人困惑，所以我们在7.12 -- 作用域、生命周期和链接总结中总结了所有这些用法。

请注意，函数前向声明不需要extern关键字——编译器能够根据您是否提供函数体来判断您是在定义新函数还是在进行前向声明。变量前向声明确实需要extern关键字来帮助区分未初始化变量的定义和变量前向声明（它们看起来相同）

// non-constant 
int g_x;        // variable definition (no initializer)
int g_x { 1 };  // variable definition (w/ initializer)
extern int g_x; // forward declaration (no initializer)

// constant
extern const int g_y { 1 }; // variable definition (const requires initializers)
extern const int g_y;       // forward declaration (no initializer)

避免在带有初始化器的非 const 全局变量上使用extern

以下两行在语义上是等效的

int g_x { 1 };        // extern by default
extern int g_x { 1 }; // explicitly extern (may cause compiler warning)

但是，您的编译器可能会对后一个语句发出警告，尽管它在技术上是有效的。

还记得我们说过编译器可以随意对它们认为可疑的事情发出诊断吗？这就是其中一种情况。通常，当我们想要前向声明时，extern应用于非 const 变量。但是，添加初始化器会使该语句变为定义。编译器告诉您似乎出了问题。要纠正它，要么删除初始化器（如果您打算进行前向声明），要么删除extern（如果您打算进行定义）。

快速总结

// Global variable forward declarations (extern w/ no initializer):
extern int g_y;                 // forward declaration for non-constant global variable
extern const int g_y;           // forward declaration for const global variable
extern constexpr int g_y;       // not allowed: constexpr variables can't be forward declared

// External global variable definitions (no extern)
int g_x;                        // defines non-initialized external global variable (zero initialized by default)
int g_x { 1 };                  // defines initialized external global variable

// External const global variable definitions (extern w/ initializer)
extern const int g_x { 2 };     // defines initialized const external global variable
extern constexpr int g_x { 3 }; // defines initialized constexpr external global variable

我们在7.12 -- 作用域、生命周期和链接总结中提供了全面的总结。

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