C++： extern关键字功能和用法研究

今天遇到在aaa.cpp文件中定义如下函数：

在bbb.h文件中有以下声明：

但在aaa.cpp中没有包含相关头文件，那么为什么可以调用相关函数，这就是extern的功能。

1. extern的功能一般是声明可用于多文件之间的函数和变量，应用在多文件间需要共享某些代码时。

2. 变量的声明和定义：

C++语言支持分离式编译机制，该机制允许将程序分割为若干个文件，每个文件可被独立编译。为了将程序分为许多文件，则需要在文件中共享代码，例如一个文件的代码可能需要另一个文件中中定义的变量。

为了支持分离式编译，C++允许将声明和定义分离开来。变量的声明规定了变量的类型和名字，即使一个名字为程序所知，一个文件如果想使用别处定义的名字则必须包含对那个名字的声明。定义则负责创建与名字关联的实体，定义还申请存储空间。

如果想声明一个变量而非定义它，就在变量名前添加extern关键字，而且不要显式地初始化变量：

extern int i;  //声明i而非定义
int j;         //声明并定义i

但我们也可以给由extern关键字标记的变量赋一个初始值，但这样就不是一个声明了，而是一个定义：

extern int v = 2;
int v = 2;     //这两个语句效果完全一样，都是v的定义

注意： 变量能且只能被定义一次，但是可以被声明多次。

3. 在多个文件中共享const对象：

默认情况下，一个const对象仅在本文件内有效，如果多个文件中出现了同名的const变量时，其实等同于在不同的文件中分别定义了独立的变量。

某些时候有这样一种const变量，它的初始值不是一个常量表达式，但又确实有必要在文件间共享。这种情况下，我们不希望编译器为每个文件分别生成独立的变量。我们想让这类const对象像其他非常量对象一样工作，也就是说，只在一个文件中定义const，而在其他多个文件中声明并使用它。

方法是对于const变量不管是声明还是定义都添加extern关键字，这样只需要定义一次就可以了：

//file1.cpp定义并初始化和一个常量，该常量能被其他文件访问
extern const int bufferSize = function();
//file1.h头文件
extern const int bufferSize; //与file1.cpp中定义的是同一个

file1.h头文件中的声明也由extern做了限定，其作用是指明bufferSize并非本文件独有，它的定义将出现在别处。

4. 模板的控制实例化

当两个或者多个独立编译的源文件中使用了相同的模板并且提供了相同的模板参数时，每个文件中都会有该模板的一个实例。

在大系统中，在多个文件中实例化相同的模板的额外开销可能非常严重，在C++11新标准中，我们可以通过显式实例化来避免这种开销。一个显式实例化具有如下形式：

extern template declaration; //实例化声明
template declaration;        //实例化定义

declaration是一个类或函数的声明，其中所有的模板参数都已经被替换成为模板实参。例如：

extern template class vec<string>;       //声明
template int sum(const int, const int);  //定义

当编译器遇到extern模板声明时，它不会在本文件中生成实例化代码，将一个实例化声明为extern就表示承诺在程序的其他位置有该实例化的一个非extern定义。对于一个给定的实例化版本，可能有多个extern声明，但必须只有一个定义。

由于编译器在使用一个模板时自动对其实例化，因此extern声明必须出现在任何使用此实例化吧版本的代码之前。

由于以上讨论可知：extern一般是使用在多文件之间需要共享某些代码时。

参考文章：

1. https://www.cnblogs.com/broglie/p/5524932.html