全面解析C++中的extern關鍵字

在C++中，extern關鍵字經常會被用到，但不同場景下的含義又有所不同。本文將從多個方面對extern關鍵字做詳細的闡述，讓讀者更好地理解並熟練掌握extern的使用。

一、全局變數中的extern

在C++的全局變數定義中，extern關鍵字與static關鍵字是兩個相互矛盾的概念。全局變數定義時，如果前面沒有加上extern關鍵字，那麼該變數在其他的文件中就無法使用；而如果在其他文件中使用該變數，需要在聲明的時候加上extern關鍵字。

// file1.cpp
int g_num = 100; // 默認為extern int g_num = 100; 

// file2.cpp
extern int g_num; // 在此文件中聲明g_num的類型和名稱，不需要初始化 
int main() {
    cout << g_num << endl; // 輸出100 
    return 0;
}

上面的代碼中，第一個文件中定義了一個全局變數g_num，並將其初始化為100。在第二個文件中使用該變數時，需要在前面加上extern關鍵字，代表該變數在其他的文件中已經被定義。這樣之後，g_num就可以在第二個文件中被使用了。

二、函數聲明中的extern

在函數聲明中，extern關鍵字通常可以省略。當然，如果你願意的話可以自己主動添加extern關鍵字以強調函數是被聲明而非定義的。

// external.h
int max(int a, int b);

// external.cpp
int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

// main.cpp
#include "external.h"
int main() {
    int a = 100, b = 200;
    int result = max(a, b);
    cout << result << endl; // 輸出200
    return 0;
}

在上面的代碼中，external.h頭文件中聲明了一個max函數，但並沒有在該文件中定義該函數；這樣在external.cpp文件中定義該函數，在main.cpp文件中使用該函數時，只需要在頭文件中進行聲明即可。

三、extern “C”關鍵字

C++是一個支持函數重載的語言，因此C++不同的函數可以有相同的名稱。然而，C語言並不支持函數重載。為了在C++中調用C函數，需要用到extern “C”關鍵字。

// external.c
void print_hello() {
    printf("Hello\n");
}

// main.cpp
extern "C" {
    void print_hello();
}
int main() {
    print_hello(); // 輸出Hello
    return 0;
}

在上面的代碼中，external.c文件定義了一個列印Hello的函數print_hello。為了在C++中使用該函數，需要在C++文件中使用extern “C”加上函數聲明，來告訴編譯器這是一個C風格的函數。

四、extern關鍵字的其他用途

1. 引用變數

除了全局變數外，extern關鍵字還可以用來引用其他文件中的全局變數。

// external.cpp
int num = 100;

// main.cpp
extern int num;
int main() {
    cout << num << endl; // 輸出100
    return 0;
}

在上面的代碼中，main.cpp文件中引用了external.cpp文件中定義的全局變數num，因此需要在前面加上extern關鍵字進行聲明。

2. volatile關鍵字

volatile關鍵字用來修飾變數，用來告訴編譯器，該變數是易變的。而如果在多個文件中使用同一個易變的變數，需要在對應的文件中加上extern關鍵字。

// external.cpp
volatile int num = 100;

// main.cpp
extern volatile int num;
int main() {
    while (num < 200) {
        // do something
    }
    return 0;
}

在上面的代碼中，雖然num是一個全局變數，但由於該變數是易變的，因此在外部使用時需要加上volatile關鍵字，並在main.cpp中使用extern關鍵字進行聲明。

3. inline函數

在定義inline函數時，需要使用extern關鍵字進行修飾。inline函數可以用作小規模代碼的優化，將某個函數體的內容插入到對應的調用處。

// external.cpp
extern inline int max(int a, int b) {
    return a > b ? a : b;
}

// main.cpp
int main() {
    int a = 100, b = 200;
    int result = max(a, b);
    cout << result << endl; // 輸出200
    return 0;
}

在上面的代碼中，external.cpp文件中定義了一個inline函數max，並在main.cpp中進行了調用。為了保證inline函數能夠正確地進行定義和調用，需要在定義的時候使用extern關鍵字進行修飾。