解析C++中的内部连接与外部连接

在介绍C++中的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：

 
 
    
  
  
  1. int foo(int,int); //函数前置声明 
    2. 
  
  
  2. typedef int Int; //typedef 声明 
    3. 
  
  
  3. class bar; //类前置声明 
    4. 
  
  
  4. extern int g_var; //外部引用声明 
    5. 
  
  
  5. class bar; //类前置声明 
    6. 
  
  
  6. typedef int Int; //typedef 声明 
    7. 
  
  
  7. extern int g_var; //外部引用声明 
    8. 
  
  
  8. friend test; //友员声明 
    9. 
  
  
  9. using std::cout; //名字空间引用声明 
    10. 
  
  
  10. friend test; //友员声明 
    11. 
  
  
  11. using std::cout; //名字空间引用声明 
    12. 
  
  
  12. int foo(int,int); //函数前置声明
    13.

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

 
 
    
  
  
  1. class foo  
    2. 
  
  
  2. {  
    3. 
  
  
  3. 　static int i;  
    4. 
  
  
  4. 　static int i;//不可以  
    5. 
  
  
  5. 　public:  
    6. 
  
  
  6. int foo();  
    7. 
  
  
  7. int foo();//不可以  
    8. 
  
  
  8. };
    9.

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。

 
 
    
  
  
  1. int y; 
    2. 
  
  
  2. class foo {...}; 
    3. 
  
  
  3. struct bar {...}; 
    4. 
  
  
  4. foo* p; 
    5. 
  
  
  5. static int i; 
    6. 
  
  
  6. enum Color{RED,GREEN,BLUE}; 
    7. 
  
  
  7. const double PI = 3.1415; 
    8. 
  
  
  8. union Rep{...}; 
    9. 
  
  
  9. void test(int p) {}; 
    10. 
  
  
  10. foo a; 
    11. 
  
  
  11. bar b;
    12.

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)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

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

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。

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. typedef int Int; //typedef 声明，内部连接 
    3. 
  
  
  3. enum Color{red}; //enum定义,内部连接 
    4. 
  
  
  4. union X //union定义，内部连接 
    5. 
  
  
  5. { 
    6. 
  
  
  6. 　long a; 
    7. 
  
  
  7. 　char b[10]; 
    8. 
  
  
  8. }; 
    9. 
  
  
  9. int main(void) 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11. Int i = red; 
    12. 
  
  
  12. return i; 
    13. 
  
  
  13. } 
    14. 
  
  
  14. // a.cpp 
    15. 
  
  
  15. 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 
    16. 
  
  
  16. 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 
    17. 
  
  
  17. const Int i =blue; //const常量定义，内部连接 
    18. 
  
  
  18. union X //union定义，内部连接 
    19. 
  
  
  19. { 
    20. 
  
  
  20. 　long a; 
    21. 
  
  
  21. 　char b[10]; 
    22. 
  
  
  22. };
    23.

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

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. namespace test 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. 　int foo(); //函数声明，内部连接 
    5. 
  
  
  5. 　static int i = 0; //名字空间静态变量定义，内部连接 
    6. 
  
  
  6. 　static int foo() { return 0;} //名字空间静态函数定义，内部连接 
    7. 
  
  
  7. } 
    8. 
  
  
  8. static int i = 0; //全局静态变量定义，内部连接 
    9. 
  
  
  9. static int foo() {return 1;} //全局静态函数定义，内部连接 
    10. 
  
  
  10. const int k = 0; //全局const常量定义，内部连接 
    11. 
  
  
  11. int main(void) 
    12. 
  
  
  12. { 
    13. 
  
  
  13. 　return 0; 
    14. 
  
  
  14. } 
    15. 
  
  
  15. //a.cpp 
    16. 
  
  
  16. namespace test 
    17. 
  
  
  17. { 
    18. 
  
  
  18. 　int i = 0; //名字空间变量定义，外部连接 
    19. 
  
  
  19. 　int foo() {return 0;} //名字空间函数定义，外部连接 
    20. 
  
  
  20. } 
    21. 
  
  
  21. int i = 0; //全局变量定义，外部连接 
    22. 
  
  
  22. int k = 0; //全局变量定义，外部连接 
    23. 
  
  
  23. int foo() { return 2;} //全局函数定义，外部连接
    24.

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。

看下面的例子:

 
 
    
  
  
  1. //main.cpp 
    2. 
  
  
  2. class B //类定义，内部连接 
    3. 
  
  
  3. { 
    4. 
  
  
  4. 　static int s_i; //静态类成员声明，内部连接  
    5. 
  
  
  5. 　public: 
    6. 
  
  
  6. void foo() { ++s_i;} //类inline函数，内部连接 
    7. 
  
  
  7. }; 
    8. 
  
  
  8. struct D  
    9. 
  
  
  9. { 
    10. 
  
  
  10. 　void foo(); //类成员函数声明，内部连接 
    11. 
  
  
  11. }; 
    12. 
  
  
  12. int B::s_i = 0; //类静态数据成员定义，外部连接 
    13. 
  
  
  13. void D::foo() //类成员函数定义，外部连接 
    14. 
  
  
  14. {  
    15. 
  
  
  15. 　cout << "D::foo in main.cpp" <
  
  
  16. } 
    17. 
  
  
  17. int main() //main函数，全局自由函数，外部连接 
    18. 
  
  
  18. { 
    19. 
  
  
  19. 　B b; 
    20. 
  
  
  20. 　D d; 
    21. 
  
  
  21. 　return 0; 
    22. 
  
  
  22. } 
    23. 
  
  
  23. //a.cpp 
    24. 
  
  
  24. class B 
    25. 
  
  
  25. { 
    26. 
  
  
  26. 　int k; 
    27. 
  
  
  27. }; 
    28. 
  
  
  28. struct D 
    29. 
  
  
  29. { 
    30. 
  
  
  30. 　int d; 
    31. 
  
  
  31. };
    32.

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

 
 
    
  
  
  1. struct D //类定义 
    2. 
  
  
  2. { 
    3. 
  
  
  3. 　int d; 
    4. 
  
  
  4. 　void foo(); //类成员函数声明 
    5. 
  
  
  5. }; 
    6. 
  
  
  6. void D::foo() //类成员函数定义，外部连接 
    7. 
  
  
  7. { 
    8. 
  
  
  8. 　cout << " D::foo in a.cpp" <
  
  
  9. }
    10.

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

 
 
    
  
  
  1. // main.cpp 
    2. 
  
  
  2. inline int foo() { return 1;} //inline全局函数，内部连接 
    3. 
  
  
  3. class Bar //类定义，内部连接 
    4. 
  
  
  4. { 
    5. 
  
  
  5. 　public: 
    6. 
  
  
  6. static int f() { return 2;} //inline 类静态函数，内部连接 
    7. 
  
  
  7. int g(int i) { return i;} //inline 类成员函数，内部连接 
    8. 
  
  
  8. }; 
    9. 
  
  
  9. class Base 
    10. 
  
  
  10. { 
    11. 
  
  
  11. 　public: 
    12. 
  
  
  12. inline int k()； //类成员函数声明，内部连接 
    13. 
  
  
  13. }； 
    14. 
  
  
  14. inline int Base::k(){return 5;} //inline 类成员函数，内部连接 
    15. 
  
  
  15. int main(void) 
    16. 
  
  
  16. { 
    17. 
  
  
  17. 　return 0; 
    18. 
  
  
  18. }
    19.

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***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)。

文章名称：解析C++中的内部连接与外部连接
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