extern和static使用

1. 聲明和定義

​　　當定義一個變量的時候，就包含了對該變量聲明的過程，同時在內存張申請了一塊內存空間。如果在多個文件中使用相同的變量，為了避免重復定義，就必須將聲明和定義分離開來。定義是創建與名字關聯的實體。聲明是讓名字為程序所知，當一個文件想要使用其他文件定義的某個變量，則必須包含對那個文件的聲明：

1. 函數和變量的聲明不會分配內存, 但是定義會分配相應的內存空間

2. 函數和變量的聲明可以有很多次, 但是定義最多只能有一次

3. 函數的聲明和定義方式默認都是 extern 的, 即函數默認是全局的

4. 變量的聲明和定義方式默認都是局部的, 在當前編譯單元或者文件內可用

　　了解聲明和定義對static和extern的理解有輔助作用。比如extern就是在一處定義，其他文件都只需要聲明即可，不可重復定義。

2. static＆ extern

2.1 static

　　一般局部變量是存儲在棧區的，局部變量的生命周期在其所在的語句塊執行結束時便結束了。但如果用static修飾局部變量，那么這個變量就不會存儲在棧區而是放在靜態數據區，其生命周期會一直持續到整個程序結束，該變量只在初次運行時進行初始化，且只進行一次，但是它的作用域只能是在函數里面如下：

void print(){
     static int z = 100;
     z++;
     cout << z <<endl;
}
​
int main(){
    print();
    print();
    print();
    return 0;
}

局部靜態變量z只能在本文件的print函數里面訪問，一旦超出作用域范圍，就無法訪問。

　　如果是static修飾的全局變量，且實現的函數寫在頭文件（h）中，在其他文件也可以訪問，如下：

//  a.h 
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
static char str[] = "hello";
namespace sextern {
void print1();
void Fun1();
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str <<endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
#endif // A_H
​
​
//b.h
#ifndef B_H
#define B_H
namespace sextern{
void Fun2(){
    str[0] = 'o';
}
void print2(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
#endif // B_H
​
//main.cpp
#include "a.h"
#include "b.h"
using namespace sextern;
int main(int argc, char *argv[])
{
    sextern::Fun1();
    print1();
    sextern::Fun2();
    print2();
    print1();
    return 0;
}
​
//結果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x601058
 *  value  oello
 *  address  0x601058
 *  value  oello
 *  address  0x601058
 *  按 <RETURN> 來關閉窗口...
 */

發現將static全局變量寫在頭文件中，所有文件的頭文件的操作都會共享這個變量。

​ 　　但如果是在源文件（cpp）中去操作這個靜態全局變量，則這個靜態全局變量只能在當前文件有效，但是在另外一個文件訪問此靜態變量，會是該變量初始的默認值，不會是其他文件中修改的值，雖然它們有相同的初始內容，但是存儲的物理地址並不一樣。如下：

//a.h
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
static char str[] = "hello";
namespace sextern {
void Fun1();
void print1();
}
#endif // A_H
​
//a.cpp
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str << endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//c.h
#ifndef C_H
#define C_H
#include<iostream>
using  namespace std;
namespace sextern {
void Fun3();
void print3();
}
#endif // C_H
​
//c.cpp
#include "c.h"
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun3(){
    str[0] = 'o';
}
void print3(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
​
#include "a.h"
#include "c.h"
using namespace sextern;
int main(int argc, char *argv[])
{
    sextern::Fun1();
    print1();
    sextern::Fun3();
    print3();
    print1();
    return 0;
}
​
//結果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x602064
 *  value  oello
 *  address  0x60205e
 *  value  lello
 *  address  0x602064
 *  按 <RETURN> 來關閉窗口...
 */

在a.h的頭文件中定義了一個靜態的全局變量x，不同文件的函數fun1和fun3會為每個包含該頭文件的cpp都創建一個全局變量，但他們都是獨立的，只在該cpp文件共享該變量。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，從而避免多個源文件共享，就不會給其他模塊造成不必要的信息污染。如果想要在不同文件共享同一個全局變量，這個時候就要用到extern。

2.2 extern

　　當在某個文件定義了一個全局變量，如果要在另一個文件去使用該變量，如果再次去定義，則會出現重復定義的問題，這個時候就需要使用到聲明，對該變量的聲明告訴編譯器該變量在其他文件中已經定義，在此處要去引用它。上述的代碼改成如下形式：

//b.h
#ifndef B_H
#define B_H
char str[] = "hello";   //定義一個全局變量
#endif // B_H
​
//a.h
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
extern char str[];
namespace sextern {
void Fun1();
void print1();
}
#endif // A_H
​
//a.cpp
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str << endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//c.h
#ifndef C_H
#define C_H
#include<iostream>
using  namespace std;
extern char str[];
namespace sextern {
void Fun3();
void print3();
}
#endif // C_H
​
//c.cpp
#include "c.h"
namespace sextern {
void Fun3(){
    str[0] = 'o';
}
void print3(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//結果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x602058
 *  value  oello
 *  address  0x602058
 *  value  oello
 *  address  0x602058
 *  按 <RETURN> 來關閉窗口...
 */

參考資料

詳解C/C++中的static和extern

C/C++中extern關鍵字詳解