C++全局变量的声明和定义

本文详细阐述了C++中编译单元的概念、声明与定义的区别、extern关键字的作用、全局变量及静态全局变量的特点,并提供了具体的代码示例。

摘要生成于 C知道 ,由 DeepSeek-R1 满血版支持, 前往体验 >

参考:http://wrchen.blog.sohu.com/71617539.html
转自:http://blog.youkuaiyun.com/candyliuxj/article/details/7853938

(1)编译单元(模块)
在VC或VS上编写完代码,点击编译按钮准备生成exe文件时,编译器做了两步工作:
第一步,将每个.cpp(.c)和相应的.h文件编译成obj文件;
第二步,将工程中所有的obj文件进行LINK,生成最终.exe文件。

那么,错误可能在两个地方产生:
一个,编译时的错误,这个主要是语法错误;
一个,链接时的错误,主要是重复定义变量等。

编译单元指在编译阶段生成的每个obj文件。
一个obj文件就是一个编译单元。
一个.cpp(.c)和它相应的.h文件共同组成了一个编译单元。
一个工程由很多编译单元组成,每个obj文件里包含了变量存储的相对地址等。

(2)声明与定义
函数或变量在声明时,并没有给它实际的物理内存空间,它有时候可保证你的程序编译通过;
函数或变量在定义时,它就在内存中有了实际的物理空间。

如果你在编译单元中引用的外部变量没有在整个工程中任何一个地方定义的话,那么即使它在编译时可以通过,在连接时也会报错,因为程序在内存中找不到这个变量。

函数或变量可以声明多次,但定义只能有一次。

(3) extern作用
作用一:当它与"C"一起连用时,如extern "C" void fun(int a, int b);,则编译器在编译fun这个函数名时按C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的。
作用二:当它不与"C"在一起修饰变量或函数时,如在头文件中,extern int g_nNum;,它的作用就是声明函数或变量的作用范围的关键字,其声明的函数和变量可以在本编译单元或其他编译单元中使用。

即B编译单元要引用A编译单元中定义的全局变量或函数时,B编译单元只要包含A编译单元的头文件即可,在编译阶段,B编译单元虽然找不到该函数或变量,但它不会报错,它会在链接时从A编译单元生成的目标代码中找到此函数。

(4)全局变量(extern)
有两个类都需要使用共同的变量,我们将这些变量定义为全局变量。比如,res.h和res.cpp分别来声明和定义全局变量,类ProducerThread和ConsumerThread来使用全局变量。(以下是QT工程代码)

/**********res.h声明全局变量************/
#pragma once

#include <QSemaphore>

const int g_nDataSize = 1000; // 生产者生产的总数据量
const int g_nBufferSize = 500; // 环形缓冲区的大小

extern char g_szBuffer[]; // 环形缓冲区
extern QSemaphore g_qsemFreeBytes; // 控制环形缓冲区的空闲区(指生产者还没填充数据的区域,或者消费者已经读取过的区域)
extern QSemaphore g_qsemUsedBytes; // 控制环形缓冲区中的使用区(指生产者已填充数据,但消费者没有读取的区域)
/**************************/
上述代码中g_nDataSize、g_nBufferSize为全局常量,其他为全局变量。

/**********res.cpp定义全局变量************/
#pragma once
#include "res.h"

// 定义全局变量
char g_szBuffer[g_nBufferSize];
QSemaphore g_qsemFreeBytes(g_nBufferSize);
QSemaphore g_qsemUsedBytes;
/**************************/
在其他编译单元中使用全局变量时只要包含其所在头文件即可。


/**********类ConsumerThread使用全局变量************/
#include "consumerthread.h"
#include "res.h"
#include <QDebug>

ConsumerThread::ConsumerThread(QObject* parent)
    : QThread(parent) {

}

ConsumerThread::ConsumerThread() {

}

ConsumerThread::~ConsumerThread() {

}

void ConsumerThread::run() {
     for (int i = 0; i < g_nDataSize; i++) {
          g_qsemUsedBytes.acquire();              
          qDebug()<<"Consumer "<<g_szBuffer[i % g_nBufferSize];
          g_szBuffer[i % g_nBufferSize] = ' ';
          g_qsemFreeBytes.release();
         
     }
     qDebug()<<"&&Consumer Over";
}
/**************************/

  也可以把全局变量的声明和定义放在一起,这样可以防止忘记了定义,如上面的extern char g_szBuffer[g_nBufferSize]; 然后把引用它的文件中的#include "res.h"换成extern char g_szBuffer[];。
    但是这样做很不好,因为你无法使用#include "res.h"(使用它,若达到两次及以上,就出现重定义错误;注:即使在res.h中加#pragma once,或#ifndef也会出现重复定义,因为每个编译单元是单独的,都会对它各自进行定义),那么res.h声明的其他函数或变量,你也就无法使用了,除非也都用extern修饰,这样太麻烦,所以还是推荐使用.h中声明,.cpp中定义的做法。
(5)静态全局变量(static)
注意使用static修饰变量,就不能使用extern来修饰,即static和extern不可同时出现。
static修饰的全局变量的声明与定义同时进行,即当你在头文件中使用static声明了全局变量,同时它也被定义了。
static修饰的全局变量的作用域只能是本身的编译单元。在其他编译单元使用它时,只是简单的把其值复制给了其他编译单元,其他编译单元会另外开个内存保存它,在其他编译单元对它的修改并不影响本身在定义时的值。即在其他编译单元A使用它时,它所在的物理地址,和其他编译单元B使用它时,它所在的物理地址不一样,A和B对它所做的修改都不能传递给对方。
多个地方引用静态全局变量所在的头文件,不会出现重定义错误,因为在每个编译单元都对它开辟了额外的空间进行存储。

以下是Windows控制台应用程序代码示例:


/***********res.h**********/
static char g_szBuffer[6] = "12345";
void fun();
/************************/


/***********res.cpp**********/
#include "res.h"
#include <iostream>
using namespace std;


void fun() {
     for (int i = 0; i < 6; i++) {
          g_szBuffer[i] = 'A' + i;
     }
     cout<<g_szBuffer<<endl;
}
/************************/

/***********test1.h**********/
void fun1();
/************************/


/***********test1.cpp**********/
#include "test1.h"
#include "res.h"
#include <iostream>
using namespace std;

void fun1() {
    fun();

     for (int i = 0; i < 6; i++) {
          g_szBuffer[i] = 'a' + i;
     }
     cout<<g_szBuffer<<endl;
}
/************************/

<pre name="code" class="cpp">/***********test2.h**********/
void fun2();
/************************/

/***********test2.cpp**********/
#include "test2.h"
#include "res.h"
#include <iostream>
using namespace std;

void fun2() {
     cout<<g_szBuffer<<endl;
}
/************************/

<pre name="code" class="cpp">/***********main.cpp**********/
#include "test1.h"
#include "test2.h"

int main() {
     fun1();
     fun2();

     system("PAUSE");
     return 0;
}
/************************/

运行结果如下:
<img src="https://img-blog.youkuaiyun.com/20141129162224656?watermark/2/text/aHR0cDovL2Jsb2cuY3Nkbi5uZXQvRmx5aW5nQmlyZF9TWEY=/font/5a6L5L2T/fontsize/400/fill/I0JBQkFCMA==/dissolve/70/gravity/Center" alt="" />

按我们的直观印象,认为fun1()和fun2()输出的结果都为abcdef,可实际上fun2()输出的确是初始值。然后我们再跟踪调试,发现res、test1、test2中g_szBuffer的地址都不一样,分别为0x0041a020、0x0041a084、0x0041a040,这就解释了为什么不一样。

注:一般定义static 全局变量时,都把它放在.cpp文件中而不是.h文件中,这样就不会给其他编译单元造成不必要的信息污染。
 
<div style="font-family: Arial; line-height: 26px; font-size: 16px;">(6)全局常量(const)
    const单独使用时,其特性与static一样(每个编译单元中地址都不一样,不过因为是常量,也不能修改,所以就没有多大关系)。
    const与extern一起使用时,其特性与extern一样。
</div><div style="font-family: Arial; line-height: 26px; font-size: 16px;"><pre name="code" class="cpp">extern const char g_szBuffer[];      //写入 .h中
const char g_szBuffer[] = "123456"; // 写入.cpp中



 



 





### C++全局变量多次定义错误解决方案 在C++开发过程中,如果多个源文件中都包含了某个头文件,并且该头文件中直接定义了一个全局变量,则可能会引发“多重定义”的链接错误。以下是几种常见的解决方法: #### 方法一:使用`extern`关键字声明全局变量 可以通过将全局变量定义放在单独的一个`.cpp`文件中,在其他需要使用的文件中仅通过`extern`进行声明的方式解决问题[^1]。 例如: ```cpp // global.cpp (定义全局变量) int globalVar = 42; // otherFile.cpp (声明并使用全局变量) extern int globalVar; void useGlobal() { std::cout << "Value of globalVar: " << globalVar << std::endl; } ``` 这种方法可以确保全局变量只在一个地方被定义,从而避免重复定义的问题。 --- #### 方法二:利用宏保护防止头文件重复包含 为了避免因头文件重复包含而导致的全局变量重复定义问题,可以在头文件中加入宏保护机制[^2]。 例如: ```cpp #ifndef GLOBAL_VAR_H #define GLOBAL_VAR_H extern int globalVar; // 声明全局变量 #endif // GLOBAL_VAR_H ``` 这样即使头文件被多次引入,也不会导致重复定义发生。 --- #### 方法三:将常量设置为内部连接(适用于`const`变量) 对于`const`类型的全局变量,默认情况下它们具有内部连接属性,不会引起重复定义问题。但如果显式地将其声明为外部连接,则需要注意在头文件中仅做声明而在实现文件中完成定义[^4]。 示例代码如下: ```cpp // header.h (头文件中声明) extern const int constantData; // source.cpp (实现文件中定义) const int constantData = 100; ``` 此方式特别适合于那些在整个程序生命周期内都不会改变的数据项。 --- #### 方法四:采用单例模式管理共享资源 当面临复杂的跨模块访问需求时,考虑改用设计模式如单例(Singleton),它能够提供一种安全获取唯一实例的方法[^3]。 简单例子展示如何创建一个简单的单例类来替代传统意义上的全局对象: ```cpp class Singleton { public: static Singleton& getInstance() { static Singleton instance; return instance; } private: Singleton() {} // 私有化构造函数阻止随意实例化 }; Singleton& singletonObj = Singleton::getInstance(); ``` 这种方式不仅解决了潜在的多义性隐患,还增强了代码可维护性扩展能力。 --- #### 方法五:在线程环境中同步访问全局数据 如果是涉及到多线程环境下对同一份全球资料的操作冲突情况,则应该借助互斥锁(Mutex)等工具加以控制[^5]。 典型做法是在每次读写前加锁,完成后解锁: ```cpp QMutex mutex; int sharedResource = 0; void threadFunctionA() { mutex.lock(); ++sharedResource; mutex.unlock(); } void threadFunctionB() { QMutexLocker locker(&mutex); // 自动锁定释放 --sharedResource; } ``` 以上措施有助于保障并发场景下的数据一致性与安全性。 --- ### 总结 针对C++全局变量可能产生的重复定义错误,推荐采取上述任一策略予以规避。具体选择取决于实际应用场景以及个人偏好等因素综合考量之后决定最合适的方案实施即可。
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

红包个数最小为10个

红包金额最低5元

当前余额3.43前往充值 >
需支付:10.00
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明:

1.余额是钱包充值的虚拟货币,按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载,可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值