C/C++定義全局變量/常量幾種方法的區別

在討論全局變量以前咱們先要明白幾個基本的概念：

1. 編譯單元(模塊)：
    在IDE開發工具大行其道的今天，對於編譯的一些概念不少人已經再也不清楚了，不少程序員最怕的就是處理鏈接錯誤(LINK ERROR), 由於它不像編譯錯誤那樣能夠給出你程序錯誤的具體位置，你經常對這種錯誤感到懊惱，可是若是你常用gcc，makefile等工具在linux或者嵌 入式下作開發工做的話，那麼你可能很是的理解編譯與鏈接的區別！當在VC這樣的開發工具上編寫完代碼，點擊編譯按鈕準備生成exe文件時，VC其實作了兩 步工做，第一步，將每一個.cpp(.c)和相應.h文件編譯成obj文件；第二步，將工程中全部的obj文件進行LINK生成最終的.exe文件，那麼錯 誤就有可能在兩個地方產生，一個是編譯時的錯誤，這個主要是語法錯誤，另外一個是鏈接錯誤，主要是重複定義變量等。咱們所說的編譯單元就是指在編譯階段生成 的每一個obj文件，一個obj文件就是一個編譯單元，也就是說一個cpp(.c)和它相應的.h文件共同組成了一個編譯單元，一個工程由不少個編譯單元組 成，每一個obj文件裏包含了變量存儲的相對地址等 。

2. 聲明與定義的區別
    函數或變量在聲明時，並無給它實際的物理內存空間，它有時候能夠保證你的程序編譯經過， 可是當函數或變量定義的時候，它就在內存中有了實際的物理空間，若是你在編譯模塊中引用的外部變量沒有在整個工程中任何一個地方定義的話， 那麼即便它在編譯時能夠經過，在鏈接時也會報錯，由於程序在內存中找不到這個變量！你也能夠這樣理解， 對同一個變量或函數的聲明能夠有屢次，而定義只能有一次!

3. extern的做用
    extern有兩個做用，第一個,當它與"C"一塊兒連用時，如: extern "C" void fun(int a, int b); 則告訴編譯器在編譯fun這個函數名時按着C的規則去翻譯相應的函數名而不是C++的， C++的規則在翻譯這個函數名時會把fun這個名字變得面目全非，多是fun@aBc_int_int#%$也多是別的，這要看編譯器的"脾氣"了 (不一樣的編譯器採用的方法不同)，爲何這麼作呢，由於C++支持函數的重載啊，在這裏不去過多的論述這個問題，若是你有興趣能夠去網上搜索，相信你可 以獲得滿意的解釋!
    當extern不與"C"在一塊兒修飾變量或函數時，如在頭文件中: extern int g_Int;  它的做用就是聲明函數或全局變量的做用範圍的關鍵字，其聲明的函數和變量能夠在本模塊活其餘模塊中使用，記住它是一個聲明不是定義!也就是說B模塊(編譯 單元)要是引用模塊(編譯單元)A中定義的全局變量或函數時，它只要包含A模塊的頭文件便可, 在編譯階段，模塊B雖然找不到該函數或變量，但它不會報錯，它會在鏈接時從模塊A生成的目標代碼中找到此函數。

    若是你對以上幾個概念已經很是明白的話，那麼讓咱們一塊兒來看如下幾種全局變量/常量的使用區別:

1. 用extern修飾的全局變量
    以上已經說了extern的做用，下面咱們來舉個例子,如:
    在test1.h中有下列聲明:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    extern char g_str[]; // 聲明全局變量g_str
    void fun1();
    #endif
    在test1.cpp中
    #include "test1.h"
   
    char g_str[] = "123456"; // 定義全局變量g_str
   
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    以上是test1模塊， 它的編譯和鏈接均可以經過,若是咱們還有test2模塊也想使用g_str,只須要在原文件中引用就能夠了
    #include "test1.h"

    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    以上test1和test2能夠同時編譯鏈接經過，若是你感興趣的話能夠用ultraEdit打開test1.obj,你能夠在裏面着"123456"這 個字符串,可是你卻不能在test2.obj裏面找到，這是由於g_str是整個工程的全局變量，在內存中只存在一份, test2.obj這個編譯單元不須要再有一份了，否則會在鏈接時報告重複定義這個錯誤!
    有些人喜歡把全局變量的聲明和定義放在一塊兒，這樣能夠防止忘記了定義，如把上面test1.h改成
    extern char g_str[] = "123456"; // 這個時候至關於沒有extern
    而後把test1.cpp中的g_str的定義去掉,這個時候再編譯鏈接test1和test2兩個模塊時，會報鏈接錯誤，這是由於你把全局變量 g_str的定義放在了頭文件以後，test1.cpp這個模塊包含了test1.h因此定義了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h因此再一次定義了g_str, 這個時候鏈接器在鏈接test1和test2時發現兩個g_str。若是你非要把g_str的定義放在test1.h中的話，那麼就把test2的代碼 中#include "test1.h"去掉 換成:
    extern char g_str[];
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    這個時候編譯器就知道g_str是引自於外部的一個編譯模塊了，不會在本模塊中再重複定義一個出來，可是我想說這樣作很是糟糕，由於你因爲沒法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那麼test1.h中聲明的其餘函數你也沒法使用了，除非也用都用extern修飾，這樣的話你光聲明的函數就要一大串，並且頭文件的做用就是要給外部提 供接口使用的，因此 請記住， 只在頭文件中作聲明，真理老是這麼簡單。

2. 用static修飾的全局變量
    首先，我要告訴你static與extern是一對「水火不容」的傢伙，也就是說extern和static不能同時修飾一個變量；其次，static修 飾的全局變量聲明與定義同時進行，也就是說當你在頭文件中使用static聲明瞭全局變量後，它也同時被定義了；最後，static修飾全局變量的做用域 只能是自己的編譯單元，也就是說它的「全局」只對本編譯單元有效，其餘編譯單元則看不到它,如:
    test1.h:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    static char g_str[] = "123456";
    void fun1();
    #endif

    test1.cpp:
    #include "test1.h"
   
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    test2.cpp
    #include "test1.h"
   
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    以上兩個編譯單元能夠鏈接成功, 當你打開test1.obj時，你能夠在它裏面找到字符串"123456", 同時你也能夠在test2.obj中找到它們，它們之因此能夠鏈接成功而沒有報重複定義的錯誤是由於雖然它們有相同的內容，可是存儲的物理地址並不同， 就像是兩個不一樣變量賦了相同的值同樣，而這兩個變量分別做用於它們各自的編譯單元。
    也許你比較較真，本身偷偷的跟蹤調試上面的代碼,結果你發現兩個編譯單元（test1, test2）的g_str的內存地址相同，因而你下結論static修飾的變量也能夠做用於其餘模塊，可是我要告訴你，那是你的編譯器在欺騙你，大多數編 譯器都對代碼都有優化功能，以達到生成的目標程序更節省內存，執行效率更高，當編譯器在鏈接各個編譯單元的時候，它會把相同內容的內存只拷貝一份，好比上 面的"123456", 位於兩個編譯單元中的變量都是一樣的內容，那麼在鏈接的時候它在內存中就只會存在一份了， 若是你把上面的代碼改爲下面的樣子，你立刻就能夠拆穿編譯器的謊話:
    test1.cpp:
    #include "test1.h"
   
    void fun1()
    {
        g_str[0] = 'a';
        cout << g_str << endl;
    }

    test2.cpp
    #include "test1.h"
   
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
   
    void main()
    {
        fun1(); // a23456
        fun2(); // 123456
    }
   
    這個時候你在跟蹤代碼時，就會發現兩個編譯單元中的g_str地址並不相同，由於你在一處修改了它，因此編譯器被強行的恢復內存的原貌，在內存中存在了兩份拷貝給兩個模塊中的變量使用。

    正是由於static有以上的特性，因此通常定義static全局變量時，都把它放在原文件中而不是頭文件，這樣就不會給其餘模塊形成沒必要要的信息污染，一樣記住這個原則吧！
   
3 const修飾的全局常量

    const修飾的全局常量用途很廣，好比軟件中的錯誤信息字符串都是用全局常量來定義的。const修飾的全局常量據有跟static相同的特性，即它們只能做用於本編譯模塊中，可是const能夠與extern連用來聲明該常量能夠做用於其餘編譯模塊中, 如
    extern const char g_str[];
    而後在原文件中別忘了定義:
    const char g_str[] = "123456";

    因此當const單獨使用時它就與static相同，而當與extern一塊兒合做的時候，它的特性就跟extern的同樣了！因此對const我沒有什麼 能夠過多的描述，我只是想提醒你，const char* g_str = "123456" 與 const char g_str[] = "123465"是不一樣的， 前面那個const 修飾的是char * 而不是g_str,它的g_str並非常量，它被看作是一個定義了的全局變量（能夠被其餘編譯單元使用）， 因此若是你像讓char *g_str遵照const的全局常量的規則，最好這麼定義const char* const g_str="123456".