C++ 内部链接与外部链接

在说内部连接与外部连接前，先说明一些概念。

1.声明
    一个声明将一个名称引入一个作用域;
    在c++中，在一个作用域中重复一个声明是合法的

    以下都是声明：

       int foo(int,int);           //函数前置声明

       typedef int Int;             //typedef 声明

       class bar;                   //类前置声明

       extern int g_var;           //外部引用声明

       class bar;                   //类前置声明

       typedef int Int;             //typedef 声明

       extern int g_var;           //外部引用声明

       friend test;                 //友员声明

       using std::cout;            //命名空间引用声明

       friend test;                 //友员声明

       using std::cout;             //命名空间引用声明

       int foo(int,int);           //函数前置声明

      

       在同一个作用域中你可以多次重复这些声明。

      

       有两种声明不能重复，那就是类成员函数及静态数据成员的声明

      

       class foo

       {

           static int i;

           static int i;//不可以

        public:

           int foo();

           int foo();//不可以

       };

2.定义
    一个定义提供一个实体(类型、实例、函数)在一个作用域的唯一描述。

     在同一作用域中不可重复定义一个实体。

     以下都是定义：

       int y;

       class foo {...};

       struct bar {...};

       foo* p;

       static int i;

       enum Color{RED,GREEN,BLUE};

       const double PI = 3.1415;

       union Rep{...};

       void test(int p) {};

       foo a;

       bar b;

3.编译单元
    当一个c或cpp文件在编译时，预处理器首先递归包含头文件，形成一个含有所有必要信息的单个源文件,这个源文件就是一个编译单元。这个编译单元会被编译成为一个与cpp文件名同名的目标文件(.o或是.obj)。连接程序把不同编译单元中产生的符号联系起来，构成一个可执行程序。

4.自由函数
    如果一个函数是自由函数，那么这个函数不是类的成员函数，也不是友元函数。

下面来看内部连接和外部连接
    内部连接：如果一个名称对于它的编译单元来说是局部的，并且在连接时不会与其它编译单元中的同样的名称相冲突，那么这个名称有内部连接(注：有时也将声明看作是无连接的，这里我们统一看成是内部连接的)。

    以下情况有内部连接:

       a)所有的声明

       b)命名空间(包括全局命名空间)中的静态自由函数、静态友元函数、静态变量的定义

       c)enum定义

       d)inline函数定义(包括自由函数和非自由函数)

       e)类的定义

       f)命名空间中const常量定义

       g)union的定义

      

    外部连接:在一个多文件程序中，如果一个名称在连接时可以和其它编译单元交互，那么这个名称就有外部连接。

    以下情况有外部连接:

       a)类非inline函数总有外部连接。包括类成员函数和类静态成员函数

       b)类静态成员变量总有外部连接。

       c)命名空间(包括全局命名空间)中非静态自由函数、非静态友元函数及非静态变量

下面举例说明：

    a)声明、enum定义、union定义有内部连接

        所有的声明、enum定义及union定义在编译后不会产生连接符号，也就是在不同编译单元中有相同名称的声明及enum、union定义并不会在连接时发生发现多个符号的错误。

    // main.cpp
    typedef int Int; //typedef 声明，内部连接
    enum Color{red}; //enum定义,内部连接
    union X          //union定义，内部连接
    {
       long a;
       char b[10];
    };
    int main(void)
    {
       Int i = red;
       return i;
    }

    // a.cpp
    typedef int Int; //在a.cpp中重声明一个int类型别名，在连接时不会发生错误
    enum Color{blue}; //在a.cpp中重定义了一个enum Color，在连接时不会发生错误
    const Int i =blue; //const常量定义，内部连接
    union X            //union定义，内部连接
    {
       long a;
       char b[10];
    };

              

    b)命名空间中静态自由函数、静态友元函数、静态变量、const常量定义有内部连接

          

// main.cpp

namespace test
{
  int foo(); //函数声明，内部连接

  static int i = 0; //命名空间静态变量定义，内部连接

  static int foo() { return 0;} //命名空间静态函数定义，内部连接

}
static int i = 0; //全局静态变量定义，内部连接

static int foo() {return 1;} //全局静态函数定义，内部连接

const int k = 0; //全局const常量定义，内部连接

int main(void)
{
  return 0;
}

//a.cpp

namespace test
{
  int i = 0; //命名空间变量定义，外部连接

  int foo() {return 0;} //命名空间函数定义，外部连接

}
int i = 0; //全局变量定义，外部连接

int k = 0; //全局变量定义，外部连接

int foo()
{
  return 2;
} //全局函数定义，外部连接

   

    在全局命名空间中，main.cpp中定义了静态变量i,常量k,及静态自由函数foo等，这些都有内部连接。如果你将这些变量或函数的static或是const修饰符去掉，在连接时就会出现multiply defined symbols错误，它们与a.cpp中的全局变量、全局函数发生冲突。

    c)类定义总有内部连接,而非inline类成员函数定义总有外部连接，不论这个成员函数是静态、虚拟还是一般成员函数，类静态数据成员定义总有外部连接。

        1.类的定义有内部连接。如果不是，想象一下你在4个cpp文件中include定义了类Base的头文件，在4个编译单元中的类Base都有外部连接，在连接的时候就会出错。

         看下面的例子:

//main.cpp

class B //类定义，内部连接
{
  static int s_i; //静态类成员声明，内部连接             
public:
  void foo()
  {
    ++s_i;
  } //类inline函数，内部连接
};
struct D 
{
  void foo(); //类成员函数声明，内部连接
};
int B::s_i = 0; //类静态数据成员定义，外部连接

void D::foo() //类成员函数定义，外部连接
{ 
  cout << "D::foo in main.cpp" <<endl;
}
int main() //main函数，全局自由函数，外部连接
{
   B b;
   D d;
  return 0;
}

//a.cpp

class B
{
  int k;
};

struct D
{
  int d;
};

    在这个例子中，main.cpp与a.cpp中都有class B和class D的定义，但在编译这两个cpp文件时并不发生link错误。

        2.类的非inline成员函数(一般，静态，虚拟都是)总有外部连接，这样当你include了某个类的头文件，使用这个类的函数时，就能连接到正确的类成员函数上，继续以上面为例子，如果把a.cpp中的struct D改为

                struct D                       //类定义

                {

                  int d;

                  void foo();                    //类成员函数声明

                };

                void D::foo()                 //类成员函数定义，外部连接

                {

                  cout << " D::foo in a.cpp" <<endl;

                }

               

       这时main.cpp与a.cpp中的D::foo都有外部连接，在连接就会出现multiply defined symbols错。

         3.类的静态数据成员有外部连接，如上例的B::s_i,这样当你在main.cpp中定义了类静态数据成员，其它编译单元若使用了B::s_i,就会连接到main.cpp对应编译单元的s_i。

       d)inline函数总有内部连接，不论这个函数是什么函数

// main.cpp

inline int foo()
{
  return 1;
} //inline全局函数，内部连接

class Bar //类定义，内部连接
{
public:
  static int f() { return 2;} //inline 类静态函数，内部连接
  int g(int i) { return i;} //inline 类成员函数，内部连接
};
class Base
{
public:
  inline int k(); //类成员函数声明，内部连接
};
inline int Base::k()
{
  return 5;
} //inline 类成员函数，内部连接

int main(void)
{
  return 0;
}

                    

     如果你的Base类是定义在Base.h中，而Base的inline 函数是在Base.cpp中定义的，那么在main.cpp中include "Base.h"编译不会出现问题，但在连接时会找不到函数k，所以类的inline函数最好放到头文件中，让每一个包含头文件的cpp都能找到inline函数。

      

现在对c++中的连接有了一个认识，能清楚的知道是什么原因产生连接时错误。当你在连接时产生连接不到的错误，这说明所有的编译单元都没有这个实体的外部连接；当你在连接时发现有多个连接实体，这说明有多个编译单元提供了同名的有外部连接的实体。同时，在进行程序设计时，也要注意不要使只有本编译单元用到的函数、类、变量等有外部连接，减少与其它编译单元的连接冲突。