extern和static使用

1. 声明和定义

​　　当定义一个变量的时候，就包含了对该变量声明的过程，同时在内存张申请了一块内存空间。如果在多个文件中使用相同的变量，为了避免重复定义，就必须将声明和定义分离开来。定义是创建与名字关联的实体。声明是让名字为程序所知，当一个文件想要使用其他文件定义的某个变量，则必须包含对那个文件的声明：

1. 函数和变量的声明不会分配内存, 但是定义会分配相应的内存空间

2. 函数和变量的声明可以有很多次, 但是定义最多只能有一次

3. 函数的声明和定义方式默认都是 extern 的, 即函数默认是全局的

4. 变量的声明和定义方式默认都是局部的, 在当前编译单元或者文件内可用

　　了解声明和定义对static和extern的理解有辅助作用。比如extern就是在一处定义，其他文件都只需要声明即可，不可重复定义。

2. static＆ extern

2.1 static

　　一般局部变量是存储在栈区的，局部变量的生命周期在其所在的语句块执行结束时便结束了。但如果用static修饰局部变量，那么这个变量就不会存储在栈区而是放在静态数据区，其生命周期会一直持续到整个程序结束，该变量只在初次运行时进行初始化，且只进行一次，但是它的作用域只能是在函数里面如下：

void print(){
     static int z = 100;
     z++;
     cout << z <<endl;
}
​
int main(){
    print();
    print();
    print();
    return 0;
}

局部静态变量z只能在本文件的print函数里面访问，一旦超出作用域范围，就无法访问。

　　如果是static修饰的全局变量，且实现的函数写在头文件（h）中，在其他文件也可以访问，如下：

//  a.h 
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
static char str[] = "hello";
namespace sextern {
void print1();
void Fun1();
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str <<endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
#endif // A_H
​
​
//b.h
#ifndef B_H
#define B_H
namespace sextern{
void Fun2(){
    str[0] = 'o';
}
void print2(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
#endif // B_H
​
//main.cpp
#include "a.h"
#include "b.h"
using namespace sextern;
int main(int argc, char *argv[])
{
    sextern::Fun1();
    print1();
    sextern::Fun2();
    print2();
    print1();
    return 0;
}
​
//结果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x601058
 *  value  oello
 *  address  0x601058
 *  value  oello
 *  address  0x601058
 *  按 <RETURN> 来关闭窗口...
 */

发现将static全局变量写在头文件中，所有文件的头文件的操作都会共享这个变量。

​ 　　但如果是在源文件（cpp）中去操作这个静态全局变量，则这个静态全局变量只能在当前文件有效，但是在另外一个文件访问此静态变量，会是该变量初始的默认值，不会是其他文件中修改的值，虽然它们有相同的初始内容，但是存储的物理地址并不一样。如下：

//a.h
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
static char str[] = "hello";
namespace sextern {
void Fun1();
void print1();
}
#endif // A_H
​
//a.cpp
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str << endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//c.h
#ifndef C_H
#define C_H
#include<iostream>
using  namespace std;
namespace sextern {
void Fun3();
void print3();
}
#endif // C_H
​
//c.cpp
#include "c.h"
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun3(){
    str[0] = 'o';
}
void print3(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
​
#include "a.h"
#include "c.h"
using namespace sextern;
int main(int argc, char *argv[])
{
    sextern::Fun1();
    print1();
    sextern::Fun3();
    print3();
    print1();
    return 0;
}
​
//结果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x602064
 *  value  oello
 *  address  0x60205e
 *  value  lello
 *  address  0x602064
 *  按 <RETURN> 来关闭窗口...
 */

在a.h的头文件中定义了一个静态的全局变量x，不同文件的函数fun1和fun3会为每个包含该头文件的cpp都创建一个全局变量，但他们都是独立的，只在该cpp文件共享该变量。所以一般定义static全局变量时，都把它放在原文件中而不是头文件，从而避免多个源文件共享，就不会给其他模块造成不必要的信息污染。如果想要在不同文件共享同一个全局变量，这个时候就要用到extern。

2.2 extern

　　当在某个文件定义了一个全局变量，如果要在另一个文件去使用该变量，如果再次去定义，则会出现重复定义的问题，这个时候就需要使用到声明，对该变量的声明告诉编译器该变量在其他文件中已经定义，在此处要去引用它。上述的代码改成如下形式：

//b.h
#ifndef B_H
#define B_H
char str[] = "hello";   //定义一个全局变量
#endif // B_H
​
//a.h
#ifndef A_H
#define A_H
#include<iostream>
using namespace std;
extern char str[];
namespace sextern {
void Fun1();
void print1();
}
#endif // A_H
​
//a.cpp
#include "a.h"
namespace sextern {
void Fun1(){
    str[0] = 'l';
}
void print1(){
      cout << "value  " << str << endl;
      cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//c.h
#ifndef C_H
#define C_H
#include<iostream>
using  namespace std;
extern char str[];
namespace sextern {
void Fun3();
void print3();
}
#endif // C_H
​
//c.cpp
#include "c.h"
namespace sextern {
void Fun3(){
    str[0] = 'o';
}
void print3(){
    cout << "value  " << str <<endl;
    cout << "address  " << &str <<endl;
}
}
​
//结果如下
/*
 *  value  lello
 *  address  0x602058
 *  value  oello
 *  address  0x602058
 *  value  oello
 *  address  0x602058
 *  按 <RETURN> 来关闭窗口...
 */

参考资料

详解C/C++中的static和extern

C/C++中extern关键字详解