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关于C++编译时内链接和外链接

时间:2016-02-27 13:39:56      阅读:288      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

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最近在阅读《大规模C++ 程序设计》 在第1部分,作者讨论了内链接和外链接问题(因为大规模的C++程序有繁多的类和单元。因此编译速度是个大问题)

这里记录一下关于内链接和外链接的理解。

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  • C++的编译过程

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    我们以bcb 和 vs 为例,一个程序文档一般都由 .cpp 文件 和 .h文件构成。但编译时,只有.cpp 参与编译。.h文件则会被预编译器复制到引用他的.cpp中。

    然后,.cpp文件被编译成.obj文件。

    接着,通过链接器,将obj文件链接为exe文件。

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  • 链接过程
  1. 链接过程中,很重要的步骤,就是判断是否有重复定义。如果有重复定义,则判定为链接失败无法编译完成。

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  2. 另一个重要步骤是,引用外部的定义。比如,在 a.cpp中定义了一个全局变量。b.cpp如果引用了这个全局变量。

    当经过编译分别得到a.obj 和 b.obj, 链接器发现b.obj引用了一个全局变量。则要去其他的.obj文件中搜索这个变量的定义。

    如果没有搜索到,则会报未定义的外部符号。然后无法编译完成。

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  • 外部链接

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    所谓外部链接,就是被外部引用的符号。这么说太抽象。下面是一个具体的例子:

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    用vs建立一个VC++的控制台工程。

  1. 在stdafx.h中添加

#include <iostream>

using namespace std;

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  1. 添加 a.cpp 和 b.cpp 源文件。
  2. a.cpp代码

#include "stdafx.h"

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int nA = 100;

  1. b.cpp代码

#include "stdafx.h"

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extern int nA;

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void printnA()

{

????cout<<nA<<endl;

}

  1. 编译代码。

    完全正常,那么链接器在链接b.obj的时候是如何知道这个nA 在哪里定义的呢?

    其本质,是因为我们指定了extern int nA 告诉链接器,这个变量是从外部引用的。

    链接器说:好,我去找找。于是就找到了a.obj。这就是外部链接过程。

  2. 修改b.cpp

#include "stdafx.h"

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//extern int nA;

int nA = 200;

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void printnA()

{

????cout<<nA<<endl;

}

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编译时,链接器则会输出错误

错误????1????error LNK2005: "int nA" (?nA@@3HA) 已经在 a.obj 中定义????D: \externtest\externtest\b.obj????externtest

错误????2????error LNK1169: 找到一个或多个多重定义的符号????D:\externtest\Debug\externtest.exe????1????1????externtest

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这又是为什么呢? b.cpp 和 a.cpp 中nA 定义冲突了。

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其本质原因是,在cpp中定义的外部变量,都是要参与外链接的。前面说了链接器会检查有没有重定义。

他现在a.obj中发现了 int nA, 接着又在 b.obj中发现了int Na,重复的外部符号。因此就报错了。

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  • 内部链接
  1. 现在,修改b.cpp

#include "stdafx.h"

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//extern int nA;

//int nA = 100;

static int nA = 100;

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void printnA()

{

????cout<<nA<<endl;

}

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我们将int nA 声明为静态的。编译链接就完全没有问题。为什么呢?

因为,静态的定义,都是内部链接。因此,链接并不会去检查重复。

(当然,如果在一个.cpp中定义了2个同名的静态变量,编译阶段就通不过,此时是编译器校验而不是链接器校验)

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  1. 再修改b.cpp

#include "stdafx.h"

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//extern int nA;

//int nA = 100;

extern int nA;

static int nA = 100;

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void printnA()

{

????cout<<"nA in b.cpp"<<nA<<endl;

}

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再修改a.cpp

#include "stdafx.h"

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int nA = 300;

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void PrintnA2()

{

????cout<<"nA in a.cpp"<<nA<<endl;

}

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修改main函数

void printnA();

void PrintnA2();

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int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

????printnA();

????PrintnA2();

????return 0;

}

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得到这样的结果

技术分享

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这时的情况是:b.cpp中外部引用了一个nA,还定义了一个静态内部Na.

但并不冲突,事实情况是,在b.cpp中凡是引用nA的地方,都引用的内部nA,既static 声明的nA

在a.cpp中,则依然是引用的全局的Na.

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我们可以看到,c++ 对于同时存在内部和外部同名符号时,只认内部符号。

  • 函数的内,外链接
  1. 其实我们通过上面第8个例子,已经看到了。函数默认是外部链接的。而且可以不加extern 关键字。但是加了extern关键字也不错。

    我们修改main.cpp 用extern声明完全没有问题。

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#include "stdafx.h"

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void printnA();

void PrintnA2();

//void printnA3();

extern void printnA3();

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int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

????printnA();

????PrintnA2();

????printnA3();

????return 0;

}

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这说明,函数也是外部链接的。只要声明了函数,链接器就去其他的obj中查找外部引用。

  1. 我们修改b.cpp,加入一个静态的printnA4

#include "stdafx.h"

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//extern int nA;

//int nA = 100;

extern int nA;

static int nA = 100;

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void printnA()

{

????cout<<"nA in b.cpp"<<nA<<endl;

}

?

void printnA3()

{

????cout<<"::nA in b.cpp"<<::nA<<endl;

}

?

static

void printnA4()

{

????cout<<"static printnA4 in b.cpp"<<::nA<<endl;????

}

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接着修改 main.cpp

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#include "stdafx.h"

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void printnA();

void PrintnA2();

//void printnA3();

extern void printnA3();

void printnA4();

?

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

????printnA();

????PrintnA2();

????printnA3();

????printnA4();

????return 0;

}

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????编译,我们会得到一个报错

????

技术分享

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当我们把 b.cpp中的static注释,又会恢复正常。

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和静态定义的变量一样。静态的函数也是内链接的。并不会被外链接访问(可以这么理解,当声明一个函数为static,就不想让外部(其他的obj)访问他)

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  1. 继续修改b.Cpp,添加一个inline函数 printnA5 (为排除干扰,将10例子中的static注释掉)

    请注意 ::nA 这个写法,在b.cpp中并不会因为写了::nA 就访问去全局的nA了

#include "stdafx.h"

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//extern int nA;

//int nA = 100;

extern int nA;

static int nA = 100;

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void printnA()

{

????cout<<"nA in b.cpp"<<nA<<endl;

}

?

void printnA3()

{

????cout<<"::nA in b.cpp"<<::nA<<endl;

}

?

//static

void printnA4()

{

????cout<<"static printnA4 in b.cpp"<<::nA<<endl;????

}

?

inline void printnA5()

{

????cout<<"inline printnA5 in b.cpp"<<::nA<<endl;

}

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同样,在main.cpp中去引用printnA5

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#include "stdafx.h"

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void printnA();

void PrintnA2();

//void printnA3();

extern void printnA3();

void printnA4();

void printnA5();

?

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

{

????printnA();

????PrintnA2();

????printnA3();

????printnA4();

????printnA5();

????return 0;

}

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同样得到链接错误

技术分享

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这说明内联函数,也是无法参与外链接的。

  • 总结

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    我们现在没有涉及类。仅仅涉及了C中的一些特性。但已经知道了什么内链接和外链接。

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    我的理解是:外链接就是要让连接器去其他的obj中查找符号的引用行为。内链接则是不需要链接器去其他obj查找的引用行为。

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    会发生外链接的行为(涉及到类之后,会有更多情况,这里只是一部分)

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    • 引用了其他cpp中定义的全局变量。
    • 引用了其他cpp中定义的 非静态,非内联函数。

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仅内链接的行为

  • 静态的变量
  • 静态函数
  • 内联函数

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关于C++编译时内链接和外链接

原文:http://www.cnblogs.com/songr/p/5222768.html

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