C++ : 编译单元、声明和定义、头文件作用、防止头文件在同一个编译单元重复引用、static和不具名空间
转自:http://www.cnblogs.com/qinfengxiaoyue/archive/2013/02/03/2890885.html
1. 编译单元:一个.cc或.cpp文件作为一个编译单元,生成.o。
2. 普通数据类型的定义、声明,函数的定义、声明(类函数是一样的)。
extern int x; // 变量是声明,并未实际分配地址,未产生实际目标代码
void print(); // 函数声明, 未产生实际目标代码
如 int x; int x = 3 ; void print() {}; //均为定义,产生了实际目标代码
声明不产生实际的目标代码,它的作用是告诉编译器,OK,我在该编译单元后面,或者其它编译单元会有这个x变量、print函
数的定义。否则编译器如果发现程序用到x,print(),而前面没有声明,就会报错。如果有声明,而没有定义,那么链接的时候
会报错未定义。(注意声明和定义分别对应的时期)
比较常见的是在source.cc中调用print(),而head.h中声明print(),而source.cc 中include head.h 从而就有了print的声
明,可以通过编译,但是如果在所有编译单元(任何一个.cpp文件)中没有print函数的定义,那么链接的时候source.o单元就
会出错,因为它试图用print函数但是找不到print的定义。
//head.h
void pirnt();
//source.cc
void foo() {
print();
}
由于声明不产生实际代码,所以可以有多个重复声明的存在:
//source1.cc
extern int x;
//source2.cc
extern int x;
甚至同一个编译单元也可以有多各个重复声明:
//source1.cc
extern int x;
extern int x;
而普通变量定义、函数定义是不允许重复的。
3. 同一编译单元内部的重名符号在编译期就被阻止了,而不同编译单元之间的重名符号要到链接器才会被发现。
如果你在一个 source1.cc中
//source1.cc
int x;
int x;
出现两次 int x; int x; ,即两个x的定义,会编译报错, x重复定义。如果有:
//source1.cc
int x;
//source2.cc
int x;
那么编译过程不会出错,但在链接过程中,由于目标代码中有两个全局域的x,会链接出错:x重定义。
不同的编程人员可能会写不同的模块,那么很容易出现这种情况,如何避免呢?namespace可以避免重名。
google 编程规范鼓励使用不具名空间:
//source1.cc
namespace {
int x;
}
//source2.cc
namespace {
int x;
}
OK, 现在不会链接出错了因为两个x不重名了,当然对于这个简单的例子只在source1.cc中用不具名命名空间就可避免链接出
错了。
//source1.cc
namespace {
int x;
}
//source1.cc
static int x;
有什么区别呢,看上去效果一样,区别在于不具名空间的x仍然具有外链接,但是由于它是不具名的,所以别的单元没办法链接
到,如果
namespace haha{
int x;
}
则在别的单元可以用haha::x访问到它,static 则因为是内部链接特性,所以无法链接到。
4. 关于头文件。
//head.h
int x;
//source1.cc
#include “head.h”
//source2.cc
#include “head.h”
头文件不被编译,.cc中的引用 include “ head.h”其实就是在预编译的时候将head.h中的内容插入到.cc中。
上面的例子编译时没有问题,而在链接时会因重复定义的全局变量x而出错。
因此变量定义,包括函数的定义不要写到头文件中,因为头文件很可能要被多个.cc引用。
那么如果 head.h 如下这么写呢,是否防止了x的链接时重定义出错呢?(注:这里应该引起注意,很多同学不明白头文件中
#ifndef ...#define...#endif 起作用的范围和时间)
//head.h
#ifndef _HEAD_H_
#define _HEAD_H_
int x;
#endif
//source1.cc
#include “head.h”
//source2.cc
#include “head.h”
现在是否 g++ –o test source1.cc source2.cc 就没有问题了呢,答案是否定的。
所有的头文件都是应该如上加#ifndef #endif的,但它的作用是防止头文件在同一编译单元被重复引用(#ifndef #endif的作
用范围是:引用本头文件的编译单元;作用时间是:编译时期)。
就是说防止可能的:
//source1.cc
#include “head.h”
#include “head.h”
这种情况,当然我们不会主动写成上面的形式,但是,下面的情况很可能发生(嵌套包含):
//source1.cc
#include “head.h”
#inlcude “a.h”
//a.h
#include “head.h”
这样就在不经意见产生了同一编译单元的头文件重复引用,于是soruc1.cc 就出现了两个 int x; 定义。
但是对于不同的编译单元 source1.cc, source2.cc 他们都是还会引用head.h的,即使#ifndef… #endif的存在,仍然引发链
接时期重定义的错误。
5. 关于类的声明和定义。
class A; //类的声明
类的声明和普通变量声明一样,不产生目标代码,可以在同一、多个编译单元重复声明。
class A {
}; //类的定义
类的定义就特殊一点了,可能会有疑问,为什么不能把 int x; 这样的变量定义放到.h中(见4),但是可以把类的定义放在头
文件中重复引用呢?同时类的函数非inline定义(写在类定义里面的函数是inline,除外)不能写在头文件中呢?
这是因为类的定义,只是告诉编译器,类的数据格式是如何的,实例化后对象该占多大空间,类的定义也不产生目标代码。因
此它和普通变量的声明唯一的区别是:类的定义不能在同一编译单元内出现多次。
//source1.cc
class A;
class A; //类重复声明,OK
class A{
};
class A{
};
class A{
int x;
}; //同一编译单元内,类重复定义,会编译时报错,因为编译器不知道在该编译单元中,出现 A a;的话 ,要生产怎样的a.
如果class A{}; 定义在 head.h ,而 head.h 没有 #ifndef… #endif ,就很可能在同一编译单元出现类重复定义的编译错误
情况。
但是在不同编译单元内,类可以重复定义,因为类的定义未产生实际代码。
//source1.cc
class A{
}
//source2.cc
class A{
} //不同编译单元,类重复定义,OK! 所以类的定义可以写在头文件中!
C++ 中 static 和 anonymouse namespace 的差别
记得以前一个同事问我为什么程序里使用了 anonymouse namespace ,想了想, 就回答说其实就是保持局部性(这也是我
的目的),然后就有人说为什么不用static,嗯,似乎这两个东西乍一看没什么区别,自己便Google了一下,发现有一个原因
就是 anonymouse namespace (无名空间)里的 member 都是有外部链接的,只不过永远都不能被外部link到!而 static
就明确为根本没有外部链接!此时就出现问题了,在模板里无类型的参数必须是有外部链接的才可以,否则编译无法通;比
如:
template <void fn()>
class Foobar
{};
namespace
{
void abc()
{
wcout<<_T(”abc”)<<endl;
};
}
static void efg()
{
wcout<<_T(”efg”)<<endl;
};
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
Foobar<abc>xyz //! ;这一行可以通过
Foobar<efg>rst; //! 注意这一行编译不过
return 0;
}
也有人认为使用 anonymouse namespace比较好,因为static的方式被C++98标准所批评,呵呵,总体来说,其实你完全
可以用anonymouse namespace代替static。
//source1.cc
class A{
}
//source2.cc
class A{
int x;
} //不同编译单元,OK
6. 总结
1.在头文件中写变量的声明、函数声明、类的定义、inline函数,不要出现变量定义、类的函数非inline定义、函数定义。即在
头文件中不要出现可能产生目标代码的东东。
2.为了防止在一个编译单元内部头文件重复引用,所有头文件都要加上#ifndef…#endif。
3.鼓励在 .cc 中使用不具名namespace,可以有效防止不同编译单元命名冲突。
4.相关更专业详细的介绍可以看<<大规模C++程序设计>>的第一章,会有极其好的完整介绍。
其中提到类的定义是具有内部链接特性的,即它不是声明,不能在同一编译单元重复出现,但是它具有内部链接(所谓内部链
接指的是该名称对于所在编译单元是局部的,在链接时不会与其他编译单元中同样的名称产生命名冲突),所以类如果要在单
个编译单元之外使用它必须被定义在一个头文件中。
对于声明和定义,书中给出的定义是:
一个声明将一个名称(符号)引入程序,一个定义提供了一个实体(例如,类型、实例、函数)在一个程序中的唯一描述。
5. 前面第一条说的不是很确切,按照<<大规模C++程序设计>>中的说法理论上头文件中可以放所有具有内部链接的东西,
包括具有内部链接的定义。如
static int x;
static void print() {};
但是不提倡这么做,因为每一个包含这个头文件的.cc就对应要开辟一个空间存储这个x,就是说不同编译单元都引入static
int x; 由于是内部链接,所以互不影响彼此。
甚至你采用namespace也是如此,如在.h中
namespace myspace {
static int x;
}
不同的 .cc 文件中都引入该头文件,在各自编译单元中调用的 myspace::x 也是不同的、互不影响的!
书中提到:
const int width = 3; //见书的23页
这样的const变量也要避免出现在头文件中。
不过类似以前c语言中在头文件中 #define width 3还是很常用的啊。难道也要在 .h 中extern const int width; 在.cc中const int width = 5; ?
这样虽然可以,不过好麻烦啊,我倒觉得在.h中定义类似const int width =3 问题不大,难道编译器不会做些特殊的处理优化
吗,也要每个单元分配一个单独空间?
不过倒是可以利用下面的方法在.h中声明一批const 变量。注意和普通static 变量不同,类的静态成员变量,静态函数是具有
外部链接的。如果
static const int SUCCESS = 0; SUCCESS 不是 const 仅仅是 static int,那么是不可以在类内初始化的(编译出错),需
要在某个.cc文件中初始话,因为它是具有外部链接的。(在GOOGLE编程规范中,提到禁止使用类类型的全局变量,静态成员
变量视为全局变量,也禁止使用类类型)
class code
{
public:
static const result_code SUCCESS = 0;//program ended successfully
static const result_code INVALID_ADDRESS = 1;//wrong addres
static const result_code READ_FAIL = 2;//cannot read
static const result_code WRITE_FAIL = 3;//cannot write
static const result_code UNKNOWN_ACTION = 4;//dunno...
static const result_code NOT_FOUND = 5;//key not found in paragraph
static const result_code NO_WRITE = 6;//no write since modification
static const result_code SYNTAX_ERR = 7;//command syntax error
static const result_code EMPTY_CLIP = 8;//the clipboard is empty
};