C编译器剖析_4.4 语义检查_外部声明_内部连接和外部连接

4.4.4  内部连接和外部连接(Internal Linkage and External Linkage)

         在这一小节中，我们来讨论一下C语言的内部连接Interal Linkage和外部连接External Linkage。C标准中关于连接Linkage的原文为：

         An identifier declared in different  scopes or in the same scope more than once can be made

to refer to the same object or function by a process called linkage . There are three kinds of linkage: external, internal, and none.

         其大意为：出现在不同作用域或者相同作用域的多个重名声明，它们可代表内存中的同一个对象，而把多个重名声明对应到同一内存对象的过程称为连接Linkage，可分有外部连接ExternalLinkage、内部连接Internal Linkage和无连接None of Linkage。此处我们讨论的连接Linkage主要是针对重名的多个外部声明而言，而不是“连接器Linker所做的把多个编译后生成目标文件连接Linking成一个可执行程序”的工作。在英文的语境中，这两者分别对应的单词为Linkage和Linking，但在中文的语境中，都被译为“连接”。可能我们博大精深的汉语，在表达诗词歌赋方面也许天下无敌，但在描述科技术语时有时会略感乏力。其中的部分原因，可能源于计算机相关学科的很多术语本身就没有正式定义，比如热了好几年的“云计算”，可能要回答“什么是Cloud Computing”还真不是件容易的事情。而在亚洲热播的《甄嬛传》，传到美国时，老美的翻译在碰到名句“贱人就是矫情”时，也只好放弃。言归正传，《K&R》的附录”A11.2  Linkage”中有这样一段关于Linkage的原文：

         The first external declaration for an identifier gives the identifier internal linkage if the static specifier is used, external  linkage otherwise.

         其大意为：在C文件中第一次出现的外部声明中，若有关键字static，则相应标识符为内部连接internal linkage，否则（“有extern关键字”或者“即无static也无extern”）为外部连接。

         C标准还根据是否有初值，把外部声明分为定义Definition（带初值）和TentativeDefintion（译为尝试性定义或临时定义，不带初值且没有extern关键字，即不是形如” extern int  a”的声明）。如果在C文件中出现了定义Definition，则与其同名的尝试性定义Tentative Defintion就只被当作冗余的声明；如果没有定义Defintion，则同名的多个尝试性定义会被合并成一个初值为0的定义。与其对应的原文为：

         An external declaration for an objectis a definition if it has an initializer. An external object declaration that  does not have an initializer, and does not contain the extern specifer, is atentative definition. If a definition for an object appears in a translation  unit, any tentative definitions are treated merely as redundant declaration. Ifno definition for the object appears , all its tentative definitions become asingle Definition with initializer 0.

         C标准引入内部连接、外部连接、定义和尝试性定义等概念的目的，主要是为了允许出现重名的多个外部声明External Declaration。外部连接ExternalLinkage对应的是“在多个C文件中出现的同名且类型相容的外部声明”，这些声明指向全局数据区中的同一个对象；而内部连接Interal Linkage对应的是“在同一个C文件中出现的同名且类型相容的外部声明”，这些声明指向的是静态数据区中的同一个对象。我们介绍过，一个进程的地址空间可分为：代码区、栈区、堆区和全局静态数据区。如果分得更细一点，我们还可把全局静态数据区分为全局数据区（存放全局变量），静态数据区（存放static变量）和常量区（存放浮点数和字符串等常量）。需要注意的是，此处讲的外部声明External Declaration是从C文法的角度出发，指的是在函数体外出现的声明，并不是“带关键字extern的声明”。由于在函数体内出现的局部变量和形参，其存储空间是在栈中动态分配，并不在全局静态数据区中，所以C标准规定这些标识符为“无连接None of linkage”，这意味着在函数体内的同一作用域中，不允许存在重名的声明。对于内部连接Internal Linkage来说，由于仅涉及到同一个C文件内的同名外部声明，C编译器本身就能处理；而对于外部连接ExternalLinkage而言，由于涉及到了多个C文件中的同名外部声明，最终需要由连接器Linker来处理。

         这些规则有点晦涩，下面，我们举一个例子来说明，如图4.4.22所示。第2行的ok1为内部连接且是尝试性定义，而第4行的extern int  ok1由于不是对ok1的第一次声明，所以其中的extern只表示第4行是个声明，既不是定义也不是临时性定义，所以第2和第4行的外部声明没有矛盾。第6和第8行的ok2由于不带extern和static关键字，所以被当作外部连接且为尝试性定义，第10行的ok2带有初值，为定义Definition，此时第6和第8行的ok2被当作冗余的声明。第12和第14行的ok3都为内部连接且为尝试性定义，不带有初值，最终会对应同一个static  int对象。

图4.4.22 Linkage

         在图4.4.22第16行的extern int  err1只是对err1的声明，但由于是对err1的第一次声明，所以关键字extern还把err1置为外部连接，而第18行的声明则试图把err1设置为内部连接，这就产生了矛盾，C标准中称这种冲突的后果为“未定义的Undefined”，GCC和Clang编译器视这种矛盾为错误。C标准中关于此冲突的原文为：

        If, within a translation unit, the same identifier appears with both  internal and external linkage, the behavior is undefined.

       而对于图4.2.22第20行中既没有extern也没有static的外部声明来说，err2为外部连接且为尝试性定义，这与第22行发生矛盾。第24和第26行的err3也有类似矛盾。第28和第30行都是对err4的定义，而定义只能有一个。第32和第34行则企图把err5声明为不相容的类型，我们在“C类型系统_相容类型”一节中介绍过，虽然int型和double型的变量可相互赋值，但int型和double型并不是相容类型。相容类型意味着内存中的数据不需要进行格式转换，就可以看成与之相容的另一种类型。而int型和double型之间的数据格式是不一样的，需要经过转换。第37行的ok3出现在函数体内，且带了extern关键字，由于我们在第12行已经把ok3设置为内部连接，所以第37行的ok3仍然是内部连接，且只是一个声明。而由于之前没有对ok4的外部声明，第39行的声明会把ok4设为外部连接。第41行的ok5则只是不带初值的局部变量，被视为“无连接”，即不允许在同一作用域中出现同名的ok5。

C编译器剖析_4.4 语义检查_外部声明_内部连接和外部连接

原文：http://blog.csdn.net/sheisc/article/details/44651809