Extern Static const

在讨论全局变量之前我们先要明白几个基本的概念：

1. 编译单元(模块)：
    在IDE开发工具大行其道的今天，对于编译的一些概念很多人已经不再清楚了，很多程序员最怕的就是处理连接错误(LINK ERROR), 因为它不像编译错误那样可以给出你程序错误的具体位置，你常常对这种错误感到懊恼，但是如果你经常使用gcc，makefile等工具在linux或者嵌入式下做开发工作的话，那么你可能非常的理解编译与连接的区别！当在VC这样的开发工具上编写完代码，点击编译按钮准备生成exe文件时，VC其实做了两步工作，第一步，将每个.cpp(.c)和相应.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生成最终的.exe文件，那么错误就有可能在两个地方产生，一个是编译时的错误，这个主要是语法错误，另一个是连接错误，主要是重复定义变量等。我们所说的编译单元就是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，也就是说一个cpp(.c)和它相应的.h文件共同组成了一个编译单元，一个工程由很多个编译单元组成，每个obj文件里包含了变量存储的相对地址等。

2. 声明与定义的区别
    函数或变量在声明时，并没有给它实际的物理内存空间，它有时候可以保证你的程序编译通过， 但是当函数或变量定义的时候，它就在内存中有了实际的物理空间，如果你在编译模块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！你也可以这样理解，对同一个变量或函数的声明可以有多次，而定义只能有一次!

变量的声明有两种情况：

<1>一种是需要建立存储空间的。例如：int a 在声明的时候就已经建立了存储空间。

<2>另一种是不需要建立存储空间的。 例如：extern int a 其中变量a是在别的文件中定义的。

前者是“定义性声明（defining declaration）”或者称为“定义（definition）”，而后者是“引用性声明（referncing declaration）”。

从广义的角度来讲声明中包含着定义，即定义是声明的一个特例，所以并非所有的声明都是定义，例如：int a 它既是声明，同时又是定义。然而对于 extern a 来讲它只是声明不是定义。

一般的情况下我们常常这样叙述，把建立空间的声明称之为“定义”，而把不需要建立存储空间的声明称之为“声明”。很明显我们在这里指的声明是范围比较窄的，即狭义上的声明，也就是说非定义性质的声明

外部变量的“定义”与外部变量的“声明”是不相同的,外部变量的定义只能有一次，它的位置是在所有函数之外，而同一个文件中的外部变量声明可以是多次的，它可以在函数之内(哪个函数要用就在那个函数中声明)也可以在函数之外(在外部变量的定义点之前)。系统会根据外部变量的定义(而不是根据外部变量的声明)分配存储空间的。对于外部变量来讲，初始化只能是在“定义”中进行,而不是在“声明”中。所谓的“声明”，其作用，是声明该变量是一个已在后面定义过的外部变量，仅仅是为了“提前”引用该变量而作的“声明”而已。extern 只作声明，不作任何定义。

（我们声明的最终目的是为了提前使用，即在定义之前使用，如果不需要提前使用就没有单独声明的必要，变量是如此，函数也是如此，所以声明不会分配存储空间，只有定义时才会分配存储空间。）

注：如果声明有初始化式，那么它可以被当作是定义，即使声明标记为extern:

　　extern double pi=3.1416; //定义

　　虽然使用了extern，但这条语句还是定义了pi，分配并初始化了存储空间。只有当extern声明位于函数外部时，才可以含有初始化式。

任何在多个文件中使用的变量都需要有与定义分离的声明。在这种情况下，一个文件含有变量的定义，使用该变量的其他文件则包含该变量的声明（而不是定义）。

用static来声明一个变量的作用有二：

(1)对于局部变量用static声明，则是为该变量分配的空间在整个程序的执行期内都始终存在。

(2)外部变量用static来声明，则该变量的作用只限于本文件模块。

3. extern的作用（见我的另外一篇文章总结）
    extern有两个作用，第一个,当它与"C"一起连用时，如: extern "C" void fun(int a, int b); 则告诉编译器在编译fun这个函数名时按着C的规则去翻译相应的函数名而不是C++的， C++的规则在翻译这个函数名时会把fun这个名字变得面目全非，可能是fun@aBc_int_int#%$也可能是别的，这要看编译器的"脾气"了 (不同的编译器采用的方法不一样)，为什么这么做呢，因为C++支持函数的重载啊，在这里不去过多的论述这个问题，如果你有兴趣可以去网上搜索，相信你可以得到满意的解释!
    当extern不与"C"在一起修饰变量或函数时，如在头文件中: extern int g_Int; 它的作用就是声明函数或全局变量的作用范围的关键字，其声明的函数和变量可以在本模块或者其他模块中使用，记住它是一个声明不是定义!也就是说B模块(编译单元)要是引用模块(编译单元)A中定义的全局变量或函数时，它只要包含A模块的头文件即可, 在编译阶段，模块B虽然找不到该函数或变量，但它不会报错，它会在连接时从模块A生成的目标代码中找到此函数。

extern定义的变量必须是全局的，这样才可能在其他文件中使用，所以，不能在语句块里定义;（可以声明）

    如果你对以上几个概念已经非常明白的话，那么让我们一起来看以下几种全局变量/常量的使用区别:

1. 用extern修饰的全局变量

extern一般用在访问其他源文件中定义的变量和调用同一文件中下面定义的变量。比如a.cpp文件里定义了int a; b.cpp文件里就可以extern int a;来声明 这样b文件里的a变量就是a文件里的a变量。

全局变量的使用
变量在某一个源文件中声明后，如果在其他源文件中使用，需要在此源文件中加extern关键字重新声明一下。通常做法是这样的，在某源文件中不加extern定义及初始化此变量，用extern显示声明此变量放到头文件中，其他源文件要使用时包含此头文件。
    以上已经说了extern的作用，下面我们来举个例子,如: 
    在test1.h中有下列声明:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
   extern char g_str[]; // 声明全局变量g_str
    void fun1();
    #endif
    在test1.cpp中
    #include "test1.h"
    
    char g_str[] = "123456"; // 定义全局变量g_str
    
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    
    以上是test1模块，它的编译和连接都可以通过,如果我们还有test2模块也想使用g_str,只需要在原文件中引用就可以了
    #include "test1.h"

    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    以上test1和test2可以同时编译连接通过，如果你感兴趣的话可以用ultraEdit打开test1.obj,你可以在里面着"123456"这个字符串,但是你却不能在test2.obj里面找到，这是因为g_str是整个工程的全局变量，在内存中只存在一份, test2.obj这个编译单元不需要再有一份了，不然会在连接时报告重复定义这个错误!
    有些人喜欢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，如把上面test1.h改为
    extern char g_str[] = "123456"; // 这个时候相当于没有extern
    然后把test1.cpp中的g_str的定义去掉,这个时候再编译连接test1和test2两个模块时，会报连接错误，这是因为你把全局变量 g_str的定义放在了头文件之后，test1.cpp这个模块包含了test1.h所以定义了一次g_str,而 test2.cpp也包含了test1.h所以再一次定义了g_str, 这个时候连接器在连接test1和test2时发现两个g_str。如果你非要把g_str的定义放在test1.h中的话，那么就把test2的代码中#include "test1.h"去掉 换成:
    extern char g_str[];
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    这个时候编译器就知道g_str是引自于外部的一个编译模块了，不会在本模块中再重复定义一个出来，但是我想说这样做非常糟糕，因为你由于无法在 test2.cpp中使用#include "test1.h", 那么test1.h中声明的其他函数你也无法使用了，除非也用都用extern修饰，这样的话你光声明的函数就要一大串，而且头文件的作用就是要给外部提供接口使用的，所以请记住， 只在头文件中做声明，真理总是这么简单。

2. 用static修饰的全局变量
    首先，我要告诉你static与extern是一对“水火不容”的家伙，也就是说extern和static不能同时修饰一个变量；其次，static修饰的全局变量声明与定义同时进行，也就是说当你在头文件中使用static声明了全局变量后，它也同时被定义了；最后，static修饰全局变量的作用域只能是本身的编译单元，也就是说它的“全局”只对本编译单元有效，其他编译单元则看不到它,如:

 test1.h:
    #ifndef TEST1H
    #define TEST1H
    static char g_str[] = "123456"; 
    void fun1();
    #endif

 test1.c:
    #include "test1.h"
    
    void fun1()
    {
        cout << g_str << endl;
    }

test2.cpp
    #include "test1.h"
    
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }

       以上两个编译单元可以连接成功, 当你打开test1.obj时，你可以在它里面找到字符串"123456", 同时你也可以在test2.obj中找到它们，它们之所以可以连接成功而没有报重复定义的错误是因为虽然它们有相同的内容，但是存储的物理地址并不一样，就像是两个不同变量赋了相同的值一样，而 这两个变量分别作用于它们各自的编译单元。
       也许你比较较真，自己偷偷的跟踪调试上面的代码,结果你发现两个编译单元（test1, test2）的g_str的内存地址相同，于是你下结论static修饰的变量也可以作用于其他模块，但是我要告诉你，那是你的编译器在欺骗你，大多数编译器都对代码都有优化功能，以达到生成的目标程序更节省内存，执行效率更高，当编译器在连接各个编译单元的时候，它会把相同内容的内存只拷贝一份，比如上面的"123456", 位于两个编译单元中的变量都是同样的内容，那么在连接的时候它在内存中就只会存在一份了，如果你把上面的代码改成下面的样子，你马上就可以 拆穿编译器的谎言:
     

 test1.c:
    #include "test1.h"
    
    void fun1()
    {
        g_str[0] = 'a';
        cout << g_str << endl;
    }
    test2.c
    #include "test1.h"
    
    void fun2()
    {
        cout << g_str << endl;
    }
    
    void main()
    {
        fun1(); // a23456
        fun2(); // 123456
    } 

    这个时候你在跟踪代码时，就会发现两个编译单元中的g_str地址并不相同，因为你在一处修改了它，所以编译器被强行的恢复内存的原貌，在内存中存在了两份拷贝给两个模块中的变量使用。

    正是因为static有以上的特性，所以一般定义static全局变量时，都把它放在原文件中而不是头文件，这样就不会给其他模块造成不必要的信息污染，同样记住这个原则吧！
    
3 const修饰的全局常量（const总结的ms还不是很好，下次要是有好文章再转载！）

    const修饰的全局常量用途很广，比如软件中的错误信息字符串都是用全局常量来定义的。const修饰的全局常量据有跟static相同的特性(有条件的，感谢sswv的提醒，const放在只读静态存储区)，即它们只能作用于本编译模块中，但是const可以与extern连用来声明该常量可以作用于其他编译模块中, 如
    extern const char g_str[];
    然后在原文件中别忘了定义:
    const char g_str[] = "123456";

    所以当const单独使用时它就与static相同，（前提是都在描述全局变量，如果在函数内部就不一样）而当与extern一起合作的时候，它的特性就跟extern的一样了！

char * const cp     : 定义一个指向字符的指针常数，即const指针

const char* p       : 定义一个指向字符常数的指针

char const* p       : 等同于const char* p

const   char   **是一个指向指针的指针，那个指针又指向一个字符串常量。  
       char   **也是一个指向指针的指针，那个指针又指向一个字符串变量。

如果const关键字不涉及到指针，我们很好理解，下面是涉及到指针的情况： 
int b = 500;
const int* a = &b;    [1]
int const *a = &b;   [2]
int* const a = &b;   [3]
const int* const a = &b; [4]
如果你能区分出上述四种情况，那么，恭喜你，你已经迈出了可喜的一步。不知道，也没关系，我们可以参考《Effective c++》Item21上的做法，如果const位于星号的左侧，则const就是用来修饰指针所指向的变量，即指针指向为常量；如果const位于星号的右侧，const就是修饰指针本身，即指针本身是常量。因此，[1]和[2]的情况相同，都是指针所指向的内容为常量（const放在变量声明符的位置无关），这种情况下不允许对内容进行更改操作，如不能*a = 3 ；[3]为指针本身是常量，而指针所指向的内容不是常量，这种情况下不能对指针本身进行更改操作，如a++是错误的；[4]为指针本身和指向的内容均为常量。

首先, const char c 和 char const c 是等价的.

const 修饰的是变量c(前者只不过将const 修师符提到了最前面), 变量c 是char 类型的. 

再来看const修饰指针的情况.

const char* p : 因为const 修饰符在 * 号前面,因此const 修饰的是 (*p),因此p指向的字符串是const的.

char const* p : 等价于const char* p, 因为const 修饰符在 * 号前面,因此const 修饰的是 (*p),因此p指向的字符串是const的.

char* const p: const修饰的是变量p,而变量p是 char* 类型的,所以这个char* 变量本省是const,它的值初始化后就不能变了.

判别const 类型的方法是,第一步将变量类型关键字去掉,第二步再看const修饰的变量类型.

因此,很明显,对于 const char c , char const c, 两者去掉类型关键字后变成 const c, 因此两者等价,变量c 是const 类型的.

对于 const char* p , char const* p ,两者去掉类型关键字后变成 const *p,两者也等价,(*p) 是const 类型的, 而p是非const 的. p 和 (*p) 是什么呢? p 是 char* 类型的变量,非const, (*p) 是字符串内容,const.

由上分析,很显然对于char* const p, 去掉类型关键字后变成 * const p, 因此p是const,而(*p)是非const的.