避免在单个头文件中重新定义变量

Question

我需要翻译的内容如下：

我的代码只需要一个头文件，这意味着不应该将声明和定义分割成单独的头文件和源文件。我已经正确地实现了它，并且对于我的用例，它可以按预期工作，其中此头文件仅适用于单个源文件。

现在，当它在多个源文件中使用时（其中有多个.cpp文件包含它），它将失败并出现链接器错误，指出某些变量正在被重新声明。那是因为我的代码像这样-

#ifndef HEADER_HPP
#define HEADER_HPP

....

std::streambuf const *R_coutbuf = std::cout.rdbuf();
std::streambuf const *R_cerrbuf = std::cerr.rdbuf();
std::streambuf const *R_clogbuf = std::clog.rdbuf();

void doSomething(){
    [uses if(R_coutbuf) and others]
}

....

#endif HEADER_HPP

现在最好的解决方案是在头文件中声明这些变量，并在单个cpp文件中定义/赋值它们，但正如我所说，我希望能够使用单个头文件完成此操作。这就带来了一个问题，如果多个源文件都包含它，就会出现重新声明的情况。

到目前为止，我还不确定该如何做，但我有两个想法 -

#ifdef DEFINE_VARIABLES
#define EXTERN /* nothing */
#else
#define EXTERN extern int
#endif /* DEFINE_VARIABLES */

EXTERN global_variable = something;

我对此并不十分确定，这样行得通吗？

我思考的第二种方式是将其放入匿名命名空间中，我正在尝试这种方式，目前编译成功 -

#ifndef HEADER_HPP
#define HEADER_HPP

....

namespace R {

    namespace {
        std::streambuf const *R_coutbuf = std::cout.rdbuf();
        std::streambuf const *R_cerrbuf = std::cerr.rdbuf();
        std::streambuf const *R_clogbuf = std::clog.rdbuf();
    }
    void doSomething(){
        [uses if(R_coutbuf) and others]
    }
}

....

#endif HEADER_HPP

有没有其他方法可以实现这个？我描述的两种方法有什么问题吗？

- Abhinav Gauniyal

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如果你不确定某件事情是否“可行”，那么直接尝试一下似乎比等待互联网上的某个人为你解决问题更快。 - Sam Varshavchik

我认为DEFINE_VARIABLES/EXTERN方法可以奏效，只要你在__包含_头文件.hpp_之前，在__确切地__一个_.cpp_文件中定义第一个宏。注意：将您的定义更改为#define EXTERN extern，因为您可能需要除了int之外的变量。 - CristiFati

@Hayt，我为什么要在这里使用“单例”？无论如何，“单例”已经包含了“静态”成员，因此只使用普通的“静态”变量会更好。 - Abhinav Gauniyal

静态成员和静态全局变量之间有一个区别。单例模式可以确保你只有一个对象实例在链接输出中，并且你不需要任何“保护”。当你在全局变量上使用静态修饰符时，你必须注意每个cpp（编译单元）都有自己的实例。因此，当你修改其中一个变量时，它不会传递到另一个cpp文件。 - Hayt

未命名的 namespace 将在每个翻译单元中生成1个副本。例如，如果您在未命名的 namespace 中声明了1个整数，则将为10个.cpp文件生成10个这样的整数。您是否打算这样做？最好使用函数的 static 来实现内部链接，如1个答案所建议的那样。 - iammilind

Answer 1

你可以将变量设为函数内的本地静态变量：

```html

您可以将变量设置为函数内的本地静态变量：

```

inline std::streambuf const*& R_coutbuf() {
    static std::streambuf const* b = std::cout.rdbuf();
    return b;
}

- Chris Drew

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这个会在第一次调用时实例化并每次返回相同的值，是吗？那我需要提供一个init()函数调用以初始化这些变量，对吧？并且这个函数只能在一个cpp中被调用一次，或者可以在我的头文件中被调用一次？ - Abhinav Gauniyal

它将在第一次调用时实例化，是的。我不明白为什么你需要一个init()函数，初始化已经存在了。它不一定每次都返回相同的值。我有意地返回指针的引用，这样你就可以重新设置它。 - Chris Drew

我有点误解了，很高兴知道它是惰性初始化。 - Abhinav Gauniyal

好答案，我想抱怨一下这种情况语言不支持任何“内联变量”，但后来我发现c++17正好介绍了这个功能。 - Ap31

Answer 2

我描述的两种方法中有任何问题吗？

宏技巧

• 优点
  • 在对象文件中产生最少量的变量。参见匿名命名空间的缺点。
• 缺点
  • 非常脆弱。在包含头文件时，程序员必须知道是否有其他现有源文件包括变量定义。当源文件数量增加时，这不会很好地扩展。

内部链接（匿名命名空间）

• 优点
  • 没有宏技巧的缺点。
• 缺点
  • 包含头文件的每个对象文件都将拥有其自己的变量副本。我不确定，但这些变量是const类型的，并且在运行时都将具有相同的值，链接器可能能够丢弃重复项。无论如何，对于您的程序而言，差异仅值得几个字节。修改单个变量而不是修改共享变量将更改程序的含义。

为了比较，让我们考虑您已经排除的单独源文件选项。

• 优点
  • 生成的目标文件中变量数量最少，类似于宏技巧。
  • 没有宏技巧的缺点。
• 缺点
  • 无（除非您认为单独的源文件本身就是缺点）。

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还有其他方法可以实现这个吗？

实际上没有。您可以使用static关键字而不是匿名命名空间来声明内部链接。

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PS. 如果您在头文件中定义任何非模板函数，则必须声明为内联。您的匿名命名空间示例未能执行此操作。

- eerorika