多文件中的外部变量声明和可能的重复定义问题

Question

我将以下代码一起编译运行，命令为：gcc A.c B.c -o combined

程序A：

#include<stdio.h>
int a=1;
int b;
int main()
{
extern int a,b;
fun();
printf("%d %d\n",a,b);
}

程序 B：

int a;
int b=2;
int fun()
{
printf("%d %d\n",a,b); 
return 0;
}

运行“combined”程序时，输出结果为：

1 2
1 2

现在，我有几个疑问:

1. 为什么输出不是：

   0 2

   1 0

2. a和b不是被定义了两次吗？

请清晰地解释这些问题，我一直很难理解extern，并且这些疑问经常出现。

提前感谢。

- tapananand

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你试图欺骗编译器，而编译器却欺骗了你。 - Peter Miehle

重点不在于欺骗编译器，而在于理解概念。 - tapananand

Answer 1

一个变量可以被声明多次，只要这些声明与彼此和定义一致即可。它可以在许多模块中声明，包括定义它的模块，甚至在同一个模块中多次声明。

外部变量也可以在函数内部声明。在这种情况下，必须使用extern关键字，否则编译器将认为它是局部变量的定义，其作用域、生命周期和初始值都不同。这个声明只在函数内部可见，而不是整个函数模块。

现在让我再次重申extern的定义，它说“外部变量是在任何函数块之外定义的变量”（请仔细阅读BOLD中给出的单词）。所以对于Programe A，a有定义，但b只是声明，所以extern将寻找' b '的定义，该定义在Programe B中给出。因此，从Programe A打印出1 2。现在让我们谈谈Programe B，它对a进行了声明并对b进行了定义，因此它从programe A打印出a的值，并从当前文件打印出b的值。

- Dayal rai

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据我所知，int a; 既是声明又是定义，在任何函数之外它也会初始化为 0。请考虑以下示例：int main() { int a; //既是声明又是定义... int a = 5; //编译错误：a 的定义重复。 }你也可以尝试在全局变量中实现同样的效果。 - tapananand

@TapanAnand 默认初始化发生在定义不可用的情况下。但在您的情况下，a和b都已经声明并正确定义，因此编译器不会再次对它们进行初始化，这是为了避免多重定义错误。 - Dayal rai

好的，所以在编程 A 中 int b; 可能不是初始化，但它必须是定义，那么为什么在编程 B 中 int b = 2 不会引起错误？ - tapananand

@TapanAnand int b 在 程序A 中并不是初始化，而只是声明。外部变量在程序启动时被分配和初始化，内存仅在程序结束时释放。当程序启动时，它会立即找到 程序B 中给出的 b 的定义。 - Dayal rai

Answer 2

所以，很久以后我回答了自己的问题。虽然这个说法：" int b; 是一个声明， int b = 2; 是定义"是正确的，但是每个人给出的原因都不清楚。

如果没有 int b = 2; ， int b; 就是一个定义，那么有什么区别？

区别在于链接器处理多个符号定义的方式。有弱符号和强符号的概念。

汇编器将此信息隐式地编码到可重定位目标文件的符号表中。函数和初始化的全局变量得到强符号。未初始化的全局变量得到弱符号。

因此，在程序A中， int a = 1 是强符号，而 int b; 是弱符号，在程序B中， int b = 2 是强符号，而 int a 是弱符号。

鉴于强符号和弱符号的概念，Unix链接器使用以下规则来处理多个定义符号：

1. 不允许多个强符号。
2. 给定强符号和多个弱符号，请选择强符号。
3. 给定多个弱符号，请选择任何一个弱符号。

因此，现在我们可以讨论上述情况发生了什么。

1. 在 int b = 2; 和 int b; 之间，前者是强符号，而后者是弱符号，所以b被定义为值2。
2. 在 int a = 1 和 int a 之间，a被定义为1（同样的推理）。

因此，输出结果为1 2 。

- tapananand

Answer 3

因为这里的变量不是定义了两次，只是声明了两次。函数从变量定义中获取值而不是变量声明中获取。

声明引入标识符并描述其类型。通过声明，我们向编译器保证该变量或函数已在程序的其他地方定义，并将在链接时提供。例如，声明如下： extern int a; 定义实际上是实例化/实现此标识符。定义如下： int a=5; 或 int a; 可查阅此链接以获取更多参考信息。

还有一个很好的stackoverflow帖子。 extern告诉编译器变量在外部定义，因此它会查找外部函数，然后在程序A中找到int a=1和在程序B中找到int b=2。

对于AUTO变量： int a;//同时是定义和声明 要了解更多存储类别知识，请点击此链接。 int a在main函数或任何其他函数之外是声明（即全局），在任何函数内部都被称为定义。

- 0decimal0

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据我所知，int a; 既是声明又是定义，在任何函数外部，它实际上也成为了初始化值为0的变量。 考虑以下代码： int main() { int a; //既是声明又是定义... int a = 5; //会出现错误，a被多次定义。 } 您也可以尝试在全局变量中使用相同的方法。 - tapananand

是的，我知道它们之间的区别，但我的意思是写int a;既声明又定义，即为a分配内存。在任何函数之外，它还将其初始化为一个明确定义的值（0），而不是垃圾值。 - tapananand

抱歉晚了，有电力问题...你所说的可能对于自动变量是正确的，但对于外部变量来说并非如此，只需查看我回答中的链接即可。 - 0decimal0

@TapanAnand 在主函数或其他任何函数之外的 int a 是声明；只有在任何函数内部才被称为定义。 - 0decimal0

@TapanAnand 抱歉，我没有注意到你的例子---考虑：int main() { int a; //声明和定义都在这里... int a = 5; //出错了，a被多次定义。 } 对于AUTO变量来说，定义和声明是相同的，但对于EXTERN变量来说不是。 - 0decimal0

Answer 4

据我所知： 输出将是1 2和1 2，因为您在主函数中将a和b定义为外部变量。因此，它将尝试从其他文件中获取值。 至于第二个问题，我认为编译器正在取变量的初始化值并合并它们，因为a和b都被定义为全局变量在两个文件中。 如果两者都在函数内定义，则情况可能不同。 欢迎任何建议或其他输入。

- mvv1277