C/C++中static和extern小结

时间：2022-08-10 15:43:27

static和extern是C/C++中和函数的声明有关的两个关键字，特别是涉及到全局变量时，所以做此总结。

1. static关键字

1.1 函数和变量声明（C/C++）

  1. static全局变量：

    当声明一个static全局变量，则表示静态全局变量，和其他变量一样，存放在.data（初始化了）或者.bss（未初始化）内，但只在定义它的源文件中有效，其余文件无法访问它。

  2. static局部变量：

    具有以下特点：

    • 函数中声明一个static局部变量，不分配在堆或者栈上，也分配在.data（不分配在.bss）上

    • 虽然是局部变量，整个进程生命周期都存在，不被释放。

    • 虽然一直存在，其余函数不能访问，其余源文件更不能

    • 会被自动初始化（所以不在.bss）上（普通局部变量不会，普通全局变量会自动初始化）

    • 更进一步，每次调用这个变量时，其初始值都是上一次调用时修改的结果

  3. static函数：

    类似面向对象中private封装，其只能被所定义的源文件调用，不能再其他源文件中调用（即使包含头文件。。。。）

1.2 类成员的static（C++）

  1. 所有对象共有数据成员或者成员函数，类的静态成员，在类创建时就存在（不需要对象）。

  2. static关键字只能用于类内部的声明，不能用于类外部的定义。

  3. static成员函数没有this形参（因为不属于某个对象），可以直接访问static数据成员，不能直接使用非static成员。

  4. static成员函数不能声明为const，因为const成员函数真正的含义是不修改该成员函数所属的对象，而static成员函数不属于任何对象。

  5. 同上，static成员函数不能声明为虚函数！

  6. static不是对象的组成部分，只是类的组成部分

2. extern关键字

  1. extern关键字常用于头文件中变量的声明，表示这个变量的定义在其他文件中的全局变量，提示编译器当遇到这个变量时，在其他文件中查找。

  2. 现代编译器一般采用按文件编译的方式，因此在编译时，各个文件中定义的全局变量是互相不透明的。也就是说，在编译时，全局变量的可见域限制在文件内部。

    • 编译阶段是对各个文件进行单独编译，所以不会出错，链接阶段则出现了冲突，因为都是全局变量，变量名也一样
    • 需要注意的是，此时两个文件并没有使用include包含，只是一同编译。（如果使用include包含，则不需extern）

  3. 结合static来说，举例说明：

a.cpp如下：

int i = 1;

b.cpp如下：

#include <iostream>
using namespace std;

extern int i;
int main() {
int a = i + 1；
cout << a << endl;
    }

编译：

g++ -O0 -std=c++11 -o run ./a.cpp b.cpp
./run

结果：

2
  • 如果将b.cpp中extern去掉，则因为i在a.cpp中已经定义为了全局变量，当两个文件编译后进行链接时，会产生冲突，报错如下：
/tmp/ccednFyK.o:(.data+0x0): multiple definition of `i'
  • 如果将a.cpp中变量i加上static，同样出错，因为static限制了i只能在a.cpp中使用，报错如下：
b.cpp:(.text+0xa): undefined reference to `i'



值得注意的是：

C++将声明和定义分开就是为了防止重复编译导致大量不必要的开销，所以采用了“一处定义，多处声明”的策略，也就是头文件中只包含声明，将定义放在同名的代码源文件中。

Essential C++中强调了const object和inline函数是“一次定义”的例外：

  • inline函数因为需要编译器对其进行展开，所以需要编译器在每个函数的调用点上都需要知悉函数的定义，所以常常将inline函数置于头文件中。

  • const object因为一出文件之外便不可见（const关键字的特性），所以需要头文件中进行定义（因为include头文件，所以可以调用）

    • 如果希望在其他文件中调用（非include包含）const全局变量，需要在变量的定义时显示声明为extern。这样在其他文件中，通过extern可以调用这个全局const object。（其实，非const的普通全局变量默认就是extern的）。
// a.cpp
extern const int i = 1;
int j = 2;
const int k = 3;

// b.cpp
extern const int i;
extern int j;
extern const in k;
int num = i + 1;     // OK
int num = j + 1;     // OK
int num = k + 1;     // ERROR
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