常量变量在头文件中无法正常工作

Question

如果我在头文件中这样定义我的常量变量...

extern const double PI = 3.1415926535;
extern const double PI_under_180 = 180.0f / PI;
extern const double PI_over_180 = PI/180.0f;

我遇到了以下错误

1>MyDirectX.obj : error LNK2005: "double const PI" (?PI@@3NB) already defined in main.obj
1>MyDirectX.obj : error LNK2005: "double const PI_under_180" (?PI_under_180@@3NB) already defined in main.obj
1>MyDirectX.obj : error LNK2005: "double const PI_over_180" (?PI_over_180@@3NB) already defined in main.obj
1>MyGame.obj : error LNK2005: "double const PI" (?PI@@3NB) already defined in main.obj
1>MyGame.obj : error LNK2005: "double const PI_under_180" (?PI_under_180@@3NB) already defined in main.obj
1>MyGame.obj : error LNK2005: "double const PI_over_180" (?PI_over_180@@3NB) already defined in main.obj

但是，如果我从头文件中删除这些常量，并将它们放在包含头文件的文档中，就像这样...

const double PI = 3.1415926535;
const double PI_under_180 = 180.0f / PI;
const double PI_over_180 = PI/180.0f;

它可以工作

有人知道我可能做错了什么吗？

谢谢

- numerical25

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你应该写180.0而不是180.0f，因为你正在处理双精度浮点数而不是单精度浮点数。此外，将PI重命名为更独特的名称。PI在许多库中用作宏，如果你使用它，可能会得到奇怪的结果。 - thebretness

去掉 extern 就没问题了。 - sellibitze

在C语言中，const对象默认具有外部链接性，这意味着extern不会改变任何东西。 - AnT stands with Russia

Answer 1

问题在于你在头文件中定义了具有外部链接的对象。可预测的是，一旦将该头文件包含到多个翻译单元中，你将得到具有外部链接的同一对象的多个定义，这是一个错误。

正确的方法取决于你的意图。

1. 你可以将定义放入头文件中，但确保它们具有内部链接。

   在 C 中，这需要一个显式的 static

static const double PI = 3.1415926535; 
static const double PI_under_180 = 180.0f / PI; 
static const double PI_over_180 = PI/180.0f; 

在C++中，static关键字是可选的（因为在C++中，默认情况下const对象具有内部链接）

const double PI = 3.1415926535; 
const double PI_under_180 = 180.0f / PI; 
const double PI_over_180 = PI/180.0f; 

2. 或者你可以将纯粹的非定义声明放在头文件中，将定义放在一个（且仅有一个）实现文件中。

   头文件中的声明必须明确包含extern修饰符，且不应该有初始化器。

extern const double PI; 
extern const double PI_under_180; 
extern const double PI_over_180; 

在一个实现文件中，定义应该如下所示。

const double PI = 3.1415926535; 
const double PI_under_180 = 180.0f / PI; 
const double PI_over_180 = PI/180.0f; 

如果在同一翻译单元中，上述声明在定义之前，那么定义中的显式extern是可选的。

你将选择哪种方法取决于你的意图。

第一种方法使编译器更容易优化代码，因为它可以看到每个翻译单元中常量的实际值。但同时，在概念上，您会在每个翻译单元中获得单独和独立的常量对象。例如，&PI 在每个翻译单元中会评估为不同的地址。

第二种方法创建真正的全局常量，即整个程序共享的唯一常量对象。例如，&PI 在每个翻译单元中都会评估为相同的地址。但在这种情况下，编译器只能在一个翻译单元中实际看到这些值，这可能会妨碍优化。

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从C++17开始，你有了第三种选项，它将 "两全其美" 的方案结合在一起: 内联变量。内联变量可以安全地在头文件中定义，尽管具有外部链接。

inline extern const double PI = 3.1415926535; 
inline extern const double PI_under_180 = 180.0f / PI; 
inline extern const double PI_over_180 = PI/180.0f; 

在这种情况下，您将获得一个命名的常量对象，其初始化值在所有翻译单元中都可见。同时，该对象具有外部链接，即它具有全局地址标识（&PI 在所有翻译单元中相同）。

当然，像这样的东西可能只适用于某些奇特的目的（C++中大多数用例需要第一种变体），但该功能是存在的。

- AnT stands with Russia

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+1. 只是想提一下，在 C 语言中，static const 变量不像你需要用于数组大小的常量表达式那样是一个常量表达式。我猜这就是为什么在 C 语言中 #define 更受欢迎的原因。 - sellibitze

C++中的常量对象默认具有内部链接。 - Michael Burr

@sellibitze：是的，但这主要是在整数常量方面成为问题。对于非整数常量对象的影响可以忽略不计，如果存在的话。 - AnT stands with Russia

喜欢在Stackoverflow上找到完整的答案，通常比文档更好阅读。 - Spence

Answer 2

extern的意思是变量的“真正”定义在别处，编译器应该相信在链接时会连接起来。将定义与extern内联是奇怪的，这就是破坏程序的原因。如果您想让它们成为extern，请确保在程序的其他地方仅定义一次。

- Carl Norum

Answer 3

对于这些变量来说，extern存储类几乎肯定是你遇到问题的原因。如果你去掉它，代码可能会没问题（至少在这方面上不会有问题）。

编辑：我刚刚注意到你同时将这个标记为C和C++。在这方面，C和C++确实非常不同（但从错误消息中，显然你正在编译为C++，而不是C）。在C++中，你想要删除extern，因为（默认情况下）const变量具有static存储类。这意味着每个源文件（翻译单元）将获得自己的变量“副本”，并且不会在不同文件中的定义之间产生任何冲突。由于你（可能）只使用这些值，而不将它们视为变量，因此拥有多个“副本”不会造成任何损害——它们都不会分配存储空间。

在C中，extern则相当不同，去掉extern不会产生任何真正的区别，因为它们默认为extern。在这种情况下，你真的需要在一个地方初始化这些变量，并在头文件中声明它们为外部变量。或者，你可以添加C++将从头文件中删除extern时/如果添加的static存储类。

- Jerry Coffin

Answer 4

问题在于您正在头文件中初始化变量；这会创建一个定义声明，在包含该头文件的每个文件中都会重复出现，因此会出现多个定义错误。

您需要在头文件中使用非定义声明（没有初始化程序），并将定义声明放在一个实现文件中。

- John Bode

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如果我们在头文件开头使用#ifndef #define，并且仍然定义常量，那么这样做就足够了吗？ - quantum231

@quantum231：你的意思是，使用宏代替const变量吗？ - John Bode

Answer 5

下面的许多回答是错误的。像 sellibitze 在他的评论中所说的那样，那些正确的回答都告诉你要删除 extern。

因为这些被声明为 const，所以在头文件中定义没有问题。对于内置类型，C++会将const定义内联，除非您尝试获取其地址（指向const的指针），此时它将使用 static 链接进行实例化，您可能会在单独的模块中得到多个实例化，但是除非您期望所有指向相同const的指针具有相同的地址，否则这不是问题。

- Clifford

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MSVC的行为可能与您的预期不同。如果您在头文件中将变量声明为“const”，则可能会出现重复符号。您需要同时使用“static const”以确保内部链接。也许这是编译器的一个错误。 - jww

@jww：在问题中报告说它没有使用静态变量也能工作。C的行为确实有所不同，但由于问题中的代码已经链接，必须使用了C++编译器。然而，该问题标记为C和C ++，因此可以说我应该涵盖两者，但该问题并不涉及C和C ++之间的区别，所以我假设标记错误。该问题已经七年了，因此不需要更新。 - Clifford

Answer 6

看起来这个头文件被多次包含了。你需要添加保护。

在每个头文件的顶部，你应该有类似以下的内容：

#ifndef MY_HEADER_FILE_NAME_H
#define MY_HEADER_FILE_NAME_H

...

// at end of file
#endif

如果您正在使用g++或MSVC，则可以添加以下内容：

#pragma once

在每个头文件的顶部，但这并不是100％可移植的。

此外，您不应该在头文件中定义常量，只能声明它们：

// In header file
extern const int my_const;


// In one source file
const int my_const = 123;

- Peter Alexander

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Include guards只能防止同一文件中的重复包含。如果缺少它们，在编译时会产生问题。他在链接时遇到了问题，因为尝试在多个文件中分别定义相同的符号。 - Jerry Coffin

我在我的答案中解决了那个问题。 - Peter Alexander

Answer 7

你需要在头文件中声明常量，然后在其中一个代码文件中定义它们。如果你没有在任何地方声明它们，那么当链接器试图将声明与实际定义联系起来时，就会出现链接错误。你也可以使用 #ifdef 语句在头文件中有一个定义。

确保它们在每个需要它们的人都包含的头文件中声明，并确保它们只被定义一次。

雅各布

- TheJacobTaylor

Answer 8

如果你想在头文件中定义常量，请使用 static const。如果你使用 extern，链接器会因为多个定义而抱怨，因为每个包含源文件都会为变量提供内存，如果你赋值的话。

- Christoph

Answer 9

我也遇到了这个问题：

static const uint64 GameTexSignature = 0x0a1a0a0d58455489;

当在头文件中定义时，它在Linux上无法编译。在MSVC上编译正常。对我有效的解决方法是将其更改为：

static constexpr uint64 GameTexSignature = 0x0a1a0a0d58455489;

这只对uint64常量是必需的，而不是任何uint32常量。我认为下面的解释可以说明问题，但这也意味着Linux编译器不认为const uint64是一个整数常量。

https://exceptionshub.com/how-to-declare-a-static-const-char-in-your-header-file.html

祝福 约翰

- John Scott

Answer 10

虽然这是一个老问题，但确实缺少一个有用的答案。

通过将静态常量包装在“虚拟”类模板中，可以欺骗MSVC接受头文件中的静态常量：

template <typename Dummy = int>
struct C {
     static const double Pi;
};

template <typename Dummy = int>
const double C<Dummy>::Pi = 3.14159;

现在，C<>::PI 可以从其他地方访问。没有重新定义的投诉；常量可以直接在每个编译单元中访问，而无需进行复杂的链接时间优化。宏可以用来进一步美化这种方法（尽管宏是邪恶的）。

- oakad

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使用这种方法有什么缺点吗？ - PolyMesh

正如前面提到的，有一点语法上的缺陷 - 在整个代码中都必须将Pi称为C<>::Pi。但是，松散的全局常量本来就应该避免使用（因此MathConst<>::Pi只比MathConst::Pi稍差一些）。 - oakad