“separate compilation” & “Linkage”

1. 先来看段代码

//file1.cpp
#include <iostream>
using std::cout;
int x=1;
void f(){

     cout<<x;
}

//file2.cpp
void f(); // extern void f(); the same.
int main(int argc, char const *argv[])
{
     f();
     return 0;
}

如果单独编译两个文件，能够得到结果。

如果，再把编译得到的两个object链接，也是没有问题的。

对于file2.cpp，如果按照我以前的想法，我觉得这里为什么不需要include 一个header呢？

2. compilation & Linkage

先说编译。

我们的编译器，只读取一个文件和它的header作为输入！！

然后进行预处理，预处理之后的结果叫做一个translation unit.

比如，我们来看编译file1.cpp的预处理。

会读到include了一个header。

然后，编译器会把header里面的内容，放在file1.cpp里面的文件内容的前面。

变成了一个新的文件。

但是，注意，这可能是一个recursive的过程。

因为在这个被include的header里面，可能还include了其他header。

那么，又要进行一次展开。

最后，会得到一个很长，很长的文件。

然后，编译器还要对一些macros进行替换。

最后替换结束后，得到的文件，就叫做translation unit。

现在假如来编译file2.cpp，预处理的阶段什么都不需要做。

没有include header，也没有任何macros。

那么也得到了一个translation unit。

接下来，我们要做的事情是开始对translation unit开始编译了。

编译是对每一个translation unit单独进行的。

编译的时候，编译器只看当前正在编译的translation unit里面的内容。

现在来看下编译file2.cpp的过程：

编译器，读到了一个函数的声明。

注意，在这里这个函数是在namespace scope（file scope）。

那么，它会被默认为external linkage.

意思是这个函数的可以被不同的translation unit里面的代码使用。

那么，这个函数的定义，可能在file2.cpp里面，也可能在其他，一会会一起链接的文件里面。

再往下面走，就没有什么特别了。

同理。

在file1.cpp里面。

x和f都有external linkage。

也因此，我们能够在file2.cpp的translation unit使用f。

但是，如果我们要在file2.cpp里面，使用x，该怎么办呢？

因为int的声明和定义是一起的。

如果，我们一旦有了声明，那么我们实际上在file2.cpp里面就重新定义了x。

所以，如果要在file2.cpp里面使用x，那么需要做的是:

extern int x;

实际上，我们在file2.cpp里面，声明函数f，也是可以加上extern的：

extern void f();

只是，因为它们在namespace scope里面，默认了是extern linkage的。

不需要特别指定。

另外，也注意到，如果我们要有一个file1.hpp

那么这个file1.hpp里面要有什么内容呢？

其实就很好想了：

//file1.hpp
void f();
extern int x;

于是，file2.cpp就可以写成：

//file2.cpp
#include "file1.hpp"
int main(int argc, char const *argv[])
{
     f();
     return 0;
}

那么，编译器在编译的时候，会把file1.hpp的内容，在file2.cpp中展开，得到file2对应的translation unit。

顺便提一下，f()对于c++和c来说是不同的。
一个是没有arguments，一个是可以有数量不限的arguments


ref: the c++ programming language   9.1&9.2