C语言全局变量的定义与声明

    C语言中全局变量的定义与声明困扰着许多C语言初学者。本文讲述了全局变量定义与声明的用法，而且本为也将阐述这种用法的内在原理。我们先从两个错误例子引入，以下两个例程都在vc6.0平台上测试。

两种错误例程

1.unresolved external symbol

例子包含两个C文件(test.c)和（first.c）和一个头文件（test.h）。下边具体展示下它们的代码。

test.h内容

#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H
 
extern int count;   

#endif

test.c内容

#include <stdio.h>
#include "test.h"
extern void Fis_Cal(void);
void main(void)
{
 Fis_Cal();
  printf("the present value of count is %d ",count);
}

first.c内容

#include <stdio.h>
#include "test.h"
void Fis_Cal(void)
{
 printf("the last value of count is %d ",count);
 count = 1;
}

错误分析：test.h头文件中声明了全局变量count,但是在两个C文件中都没有对count进行定义，所以才会出现unresolved external symbol。

一种解决方法：随便在两个C文件中加入一句“int count;”就OK了。例如我们加到test.c中，代码如下。 

#include <stdio.h>
#include "test.h"
extern void Fis_Cal(void);
int count;
void main(void)
{
 Fis_Cal();
 printf("the present value of count is %d ",count);
}

说明：加入的“int count;”就是对count的定义，默认的将其初始化为0。

结论：这种错误原因是“只声明未定义”。

2.multiply defined symbols found

还是如此，三个文件。但是，两个C文件与例程一中的文件一样，改动的只是头文件。

test.h内容

#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H
 
int count; 

#endif

可以看到，与例程一仅仅差了一个“extern”关键词。

错误分析：test.h头文件中定义了全局变量count,但是在两个C文件都通过“#include "test.h"”这句话对“int count;”进行了引用，所以造成了重复定义的错误。

一种解决方法：添加一个“first.h”的头文件，并且更改first.c的内容，具体更改如下。

first.h内容

#ifndef _FIRST_H
#define _FIRST_H

extern int count;

#endif

first.c内容

#include <stdio.h>
#include "first.h"
void Fis_Cal(void)
{
 printf("the last value of count is %d ",count);
 count = 1;
}

说明：经过这样的修改，原来的test.c中就包含了count的定义，而first.c中就包含了对count的声明，重复定义错误就得到解决。

结论：这种错误原因是“多个C程序都包含了定义全局变量的头文件”。 

原理分析

    我认为“int count;”是对全局变量的定义，而“extern int count”是对全局变量的声明，目的是让其他文件也使用这个全局变量。下边我们来挖掘全局变量的定义与声明的内涵。

    全局变量要么初始化（非零），要么没有初始化（为零）。非零时存储在程序中的data段，零时存储在程序的bss段。这谈了程序（.bin或者.hex）的结构。我再讲一下程序的启动，程序在启动（boot）过程中，通常都会运行一个叫bootloader的引导程序，这个引导程序干了很多事情，其中有一最重要的任务就是把程序（test段和rodata段）拷贝到内存，还包括data段的拷贝和bss段初始化。我们着重讲一下data段的拷贝和bss段初始化。

    我们的编译器会为我们定义的全局变量分配内存（地址），而且给我们的全局变量赋初值（写内存或清零），以后我们的程序就会根据需要来读这个全局变量（地址）或者修改这个全局变量（写内存）。初值为零时就在bss段，这个段初始化代码会将这部分清零。初值非零时，初始化代码会将全局变量的初值拷贝到data段。

    那么，显然全局变量的初值只有一个。我们程序中的全局变量的定义就是对全局变量分配内存并赋初值。而全局变量的声明是为了跨文件使用全局变量的需要，通过"extern"关键词来将全局变量引出。 

顺便说一下C语言的存储类说明符，这能帮助我们加深理解。

C语言的存储类说明符

     Auto 只在块内变量声明中被允许, 表示变量具有本地生存期。

     Extern 出现在顶层或块的外部变量函数与变量声明中，表示声明的对象具有静态生存期, 连接程序知道其名字。

    Static 可以放在函数与变量声明中,在函数定义时,只用于指定函数名,而不将函数导出到链接程序,在函数声明中,表示其后边会有定义声明的函数,存储类型static.在数据声明中,总是表示定义的声明不导出到连接程序关键字。

一种更好的声明与定义方式

test.h内容 

#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H
 
#ifdef GLOBALS
int count;
#else
extern int count;
#endif 

#endif

test.c内容

#define GLOBALS
#include <stdio.h>
#include "test.h"
extern void Fis_Cal(void);
void main(void)
{
 Fis_Cal();
 printf("the present value of count is %d ",count);
}

first.c内容

#include <stdio.h>
#include "test.h"
void Fis_Cal(void)
{
 printf("the last value of count is %d ",count);
 count = 1;
}

说明：这种方法可以只定义一个头文件实现在不同C文件中分别实现定义与声明。“#define GLOBALS”只在当前定义的test.c文件中有效，所以在test.c中#include "test.h"预处理后，加入的是int count，而first.c中加入的"extern int count;"。其实还有一种书写方法，也能实现这个效果。

test.h内容 

#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H
 
#ifdef GLOBALS
#define EXT
#else
#define EXT extern
#endif

EXT int count;

#endif 。