高质量程序设计指南c++/c语言(24)--内连接与外连接
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在介绍C++中的内部连接与外部连接前,先说明一些概念。
一、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。
二、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。
三、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。
四、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)名字空间(包括全局名字空间)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)名字空间中const常量定义
g)union的定义
五、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)名字空间(包括全局名字空间)中非静态自由函数、非静态友元函数及非静态变量
六、例子
a)声明、enum定义、union定义有内部连接
// 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)名字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; //名字空间静态变量定义,内部连接 static int foo() //名字空间静态函数定义,内部连接 { return 0; } } static int i = 0; //全局静态变量定义,内部连接 static int foo() //全局静态函数定义,内部连接 { return 1; } 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; //名字空间变量定义,外部连接 int foo() {return 0;} //名字空间函数定义,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
在全局名字空间中,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。
//main.cpp #include <iostream> using namespace std; 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 //类和内联函数的关系,且看下一篇文章 }; 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。
不过在这里没有说明template函数及template class的连接性,并且对一些特别的情况也没有作出说明(比如inline函数不能被inline)。