全面解析C++中的extern关键字

在C++中，extern关键字经常会被用到，但不同场景下的含义又有所不同。本文将从多个方面对extern关键字做详细的阐述，让读者更好地理解并熟练掌握extern的使用。

一、全局变量中的extern

在C++的全局变量定义中，extern关键字与static关键字是两个相互矛盾的概念。全局变量定义时，如果前面没有加上extern关键字，那么该变量在其他的文件中就无法使用；而如果在其他文件中使用该变量，需要在声明的时候加上extern关键字。

// file1.cpp
int g_num = 100; // 默认为extern int g_num = 100; 

// file2.cpp
extern int g_num; // 在此文件中声明g_num的类型和名称，不需要初始化 
int main() {
    cout << g_num << endl; // 输出100 
    return 0;
}

上面的代码中，第一个文件中定义了一个全局变量g_num，并将其初始化为100。在第二个文件中使用该变量时，需要在前面加上extern关键字，代表该变量在其他的文件中已经被定义。这样之后，g_num就可以在第二个文件中被使用了。

二、函数声明中的extern

在函数声明中，extern关键字通常可以省略。当然，如果你愿意的话可以自己主动添加extern关键字以强调函数是被声明而非定义的。

// 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; // 输出200
    return 0;
}

在上面的代码中，external.h头文件中声明了一个max函数，但并没有在该文件中定义该函数；这样在external.cpp文件中定义该函数，在main.cpp文件中使用该函数时，只需要在头文件中进行声明即可。

三、extern "C"关键字

C++是一个支持函数重载的语言，因此C++不同的函数可以有相同的名称。然而，C语言并不支持函数重载。为了在C++中调用C函数，需要用到extern "C"关键字。

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

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

在上面的代码中，external.c文件定义了一个打印Hello的函数print_hello。为了在C++中使用该函数，需要在C++文件中使用extern "C"加上函数声明，来告诉编译器这是一个C风格的函数。

四、extern关键字的其他用途

1. 引用变量

除了全局变量外，extern关键字还可以用来引用其他文件中的全局变量。

// external.cpp
int num = 100;

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

在上面的代码中，main.cpp文件中引用了external.cpp文件中定义的全局变量num，因此需要在前面加上extern关键字进行声明。

2. volatile关键字

volatile关键字用来修饰变量，用来告诉编译器，该变量是易变的。而如果在多个文件中使用同一个易变的变量，需要在对应的文件中加上extern关键字。

// external.cpp
volatile int num = 100;

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

在上面的代码中，虽然num是一个全局变量，但由于该变量是易变的，因此在外部使用时需要加上volatile关键字，并在main.cpp中使用extern关键字进行声明。

3. inline函数

在定义inline函数时，需要使用extern关键字进行修饰。inline函数可以用作小规模代码的优化，将某个函数体的内容插入到对应的调用处。

// 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; // 输出200
    return 0;
}

在上面的代码中，external.cpp文件中定义了一个inline函数max，并在main.cpp中进行了调用。为了保证inline函数能够正确地进行定义和调用，需要在定义的时候使用extern关键字进行修饰。