编译器对extern的处理

1、 声明外部变量 
       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。下面举一个简单的例子。

创建一个工程，里面含有A.cpp和B.cpp两个简单的C++源文件：

//A.cpp 

int i; 
void main() 
{ 
}

//B.cpp 
int i;

这两个文件极为简单，在A.cpp中我们定义了一个全局变量i，在B中我们也定义了一个全局变量i。
我们对A和B分别编译，都可以正常通过编译，但是进行链接的时候，却出现了错误，错误提示如下：
Linking... 
B.obj : error LNK2005: "int i" (?i@@3HA) already defined in A.obj 
Debug/A.exe : fatal error LNK1169: one or more multiply defined symbols found 
Error executing link.exe. 
A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)

       这就是说，在编译阶段，各个文件中定义的全局变量相互是透明的，编译A时觉察不到B中也定义了i，同样，编译B时觉察不到A中也定义了i。
但是到了链接阶段，要将各个文件的内容“合为一体”，因此，如果某些文件中定义的全局变量名相同的话，在这个时候就会出现错误，也就是上面提示的重复定义的错误。
       因此，各个文件中定义的全局变量名不可相同。

在链接阶段，各个文件的内容（实际是编译产生的obj文件）是被合并到一起的，因而，定义于某文件内的全局变量，在链接完成后，它的可见范围被扩大到了整个程序。
        这样一来，按道理说，一个文件中定义的全局变量，可以在整个程序的任何地方被使用，举例说，如果A文件中定义了某全局变量，那么B文件中应可以该变量。修改我们的程序，加以验证：

//A.cpp 
void main() 
{ 
    i = 100; //试图使用B中定义的全局变量 
}

//B.cpp 
int i;

编译结果如下：
Compiling... 
A.cpp 
C:\Documents and Settings\...\A.cpp(5) : error C2065: 'i' : undeclared identifier 
Error executing cl.exe. 
A.obj - 1 error(s), 0 warning(s)

 编译错误。

 其实出现这个错误是意料之中的，因为：文件中定义的全局变量的可见性扩展到整个程序是在链接完成之后，而在编译阶段，他们的可见性仍局限于各自的文件。
        编译器的目光不够长远，编译器没有能够意识到，某个变量符号虽然不是本文件定义的，但是它可能是在其它的文件中定义的。

       
        虽然编译器不够远见，但是我们可以给它提示，帮助它来解决上面出现的问题。这就是extern的作用了。
extern的原理很简单，就是告诉编译器：“你现在编译的文件中，有一个标识符虽然没有在本文件中定义，但是它是在别的文件中定义的全局变量，你要放行！”

我们为上面的错误程序加上extern关键字：
//A.cpp

extern int i; 
void main() 
{ 
    i = 100; //试图使用B中定义的全局变量 
}

//B.cpp 
int i;

顺利通过编译，链接。

 

2、 在C++文件中调用C方式编译的函数 
C方式编译和C++方式编译
相对于C，C++中新增了诸如重载等新特性，对于他们的编译，必然有一些重要的区别。
我们将下面的小程序分别按C和C++方式编译，来探讨两种编译方式的区别。
int i; 
int func(int t) 
{ 
        return 0; 
}

void main() 
{ 
}

以C方式编译的结果：

COMM     _i : DWORD 
PUBLIC    _func 
PUBLIC    _main

以C++方式编译的结果：
PUBLIC    ?i@@3HA  ; i 
PUBLIC    ?func@@YAHH@Z  ; func 
PUBLIC    _main 
可见，C方式编译下，变量名和函数名之前被统一加上了一个下划线，而C++编译后的结果却复杂的多，i变成了?i@@3HA，func变成了?func@@YAHH@Z。C++中的这种看似复杂的命名规则是为C++中的函数重载，参数检查等特性服务的。

多文件程序中的函数调用 
一般情况下，工程中的文件都是CPP文件（以及头文件）。如下面的程序仅包含两个文件：A.CPP和B.CPP： 
//A.CPP 
void func(); 
void main() 
{ 
       func(); 
}

//B.CPP 
void func() 
{ 
}

       程序的结构是这样的：在文件B.CPP中定义了一个函数void func()，main函数位于文件A.CPP，在main函数中调用了B中定义的函数func()。
       要在A中调用B中定义的函数，必须要加上该函数的声明。如本例中的void func();就是对函数func()的声明。
如果没有声明的话，编译A.CPP时就会出错。因为编译器的目光只局限于被编译文件，必须通过加入函数声明来告诉编译器：“某个函数是定义在其它的文件中的，你要放行！”，这一点跟用extern来声明外部全局变量是一个道理。
       需要注意的是，一般的程序都是通过包含头文件来完成函数的声明。拿本例来说，一般是创建一个头文件B.H，在头文件中加入声明语句void func(); 并且在A.CPP中加入包含语句：#include “B.H”。 
       在C++程序中，头文件的功能从函数声明被扩展为类的定义。

不同编译方式下的函数调用
       如果在工程中，不仅有CPP文件，还有以C方式编译的C文件，函数调用就会有一些微妙之处。我们将B.CPP改作B.C：

//A.CPP 
void func(); 
void main() 
{ 
         func(); 
}

 

//B.C 
void func() 
{ 
}

对A.CPP和B.C分别编译，都没有问题，但是链接时出现错误。
Linking... 
A.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "void __cdecl func(void)" (?func@@YAXXZ) 
Debug/A.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals 
Error executing link.exe. 
A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)

 

原因就在于不同的编译方式产生的冲突。
对于文件A，是按照C++的方式进行编译的，其中的func()调用被编译成了
call    ?func1@@YAXXZ    

如果B文件也是按照C++方式编译的，那么B中的func函数名也会被编译器改成?func1@@YAXXZ，这样的话，就没有任何问题。
       但是现在对B文件，是按照C方式编译的，B中的func函数名被改成了_func，这样一来，A中的call ?func1@@YAXXZ这个函数调用就没有了着落，因为在链接器看来，B文件中没有名为?func1@@YAXXZ的函数。
       事实是，我们编程者知道，B文件中有A中调用的func函数的定义，只不过它是按照C方式编译的，故它的名字被改成了_func。因而，我们需要通过某种方式告诉编译器：“B中定义的函数func()经编译后命名成了_func，而不是?func1@@YAXXZ，你必须通过call _func来调用它，而不是call ?func1@@YAXXZ。”简单的说，就是告诉编译器，调用的func()函数是以C方式编译的，fun();语句必须被编译成call _func;而不是call ?func1@@YAXXZ。

我们可以通过extern关键字，来帮助编译器解决上面提到的问题。
       对于本例，只需将A.CPP改成如下即可：

//A.CPP 
extern "C" 
{ 
         void func(); 
}

void main() 
{ 
        func(); 
}

     察看汇编代码，发现此时的func();语句被编译成了call _func。

3、 补充

同2一样，仍然是C，C++混合编程的情形，考虑下面的程序：
//A.CPP 
extern int i; 
void main() 
{ 
         i = 100; 
}

//B.C 
int i;

程序很简单：在文件B.C中定义了一个全局变量i，在A.CPP中使用了这个全局变量。
编译没有问题，链接时却出现错误：

Linking... 
A.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "int i" (?i@@3HA) 
Debug/A.exe : fatal error LNK1120: 1 unresolved externals 
Error executing link.exe. 
A.exe - 2 error(s), 0 warning(s)

       这是因为，在C方式编译下，i被重命名为_i，而在C++方式下，i会被重命名为?i@@3HA。 
因而，我们只用extern int i;来声明还不够，必须告诉编译器，全局变量i是以C方式编译的， 
它会被重命名为_i，而不是?i@@3HA。

       我们修改A.CPP，如下：

//A.CPP 
extern "C" 
{ 
         int i; 
}

void main() 
{ 
         i = 100; 
}

       程序正常通过编译和链接。 
       我们察看一下汇编代码，发现语句i = 100;被编译成了mov DWORD PTR _i, 100。