C++中的definition & declaration的區別，涉及到extern關鍵字

有關這兩者的區別和聯絡，之前其實一直都非常的模糊，特別是extern關鍵字。這次讀C++ Primer，在第二章正好讀到，於是好好理解了一次，而且做了一些代碼測試。結論是這樣的：

1. definition只能用於變數，也就是定義一個變數，此時，變數的記憶體空間會被分配。諸如int i, int i = 10這樣的都是definition，因為i變數會被分配記憶體。

2. declaration可以用於變數或類型（比如聲明一個struct，但是不定義變數），如果用於變數，該變數不會被分配記憶體，而且前面必須加上 extern（表示這個變數的definition不是在這裡，而且在其他地方，所以是extern）；如果是類型，那就沒什麼好說的了，本來類型就不需 要分配記憶體，只有變數才需要記憶體，如果在類型的聲明的前面加上extern，也是可以的，只不過這樣做沒有任何意義。注意：如果這樣寫：extern int i = 10; ，那麼，這也是definition，因為給i賦值了，extern就和沒加一樣。

3. 無論整個Program有多少個源檔案，代碼量有多大，一個變數只能被definition一次，但是declaration不限次數。

註：說到這裡，有關function方法的定義和聲明，也是類似的。一般來說，如果沒有寫出方法中的代碼，那麼，這就是declaration， 如果寫出了代碼，那麼就是對方法的definition了。所以，一般在標頭檔中寫一個方法的declaration，比如void print_sth();，然後在源檔案中寫出方法的實現即可。只不過在這裡，void print_sth();和extern void print_sth();效果是一樣的，加不加extern都一樣。

4. 綜合以上三點，如果我們在一個a.cc中定義了一個全域變數int i，那麼在b.cc中如果想使用這個i，那麼，必須聲明成extern int i才可以，如果也寫int i，那就是重複definition。說 到這裡，我在學習的時候就有一個疑問了：如果說，我們把int i這句代碼寫在一個名為common.h的標頭檔中，然後前面加上條件編譯，最後這個標頭檔被a.cc和b.cc都include，這樣a.cc和 b.cc中不就不需要extern int i這樣的代碼不就可以使用i了嗎？事實上，經過實驗，這樣的想法是極端錯誤的。

測試代碼可以這樣構建：common.h

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#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

int i = 10;

void print_sth();

#endif

a.cc這樣：

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

int main()
{
    cout << "i is: " << i << endl;
    print_sth();
    return 0;
}

b.cc這樣：

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

void print_sth()
{
    cout << "i in b.cc is: " << i << endl;
}

然後編譯: g++ -o test a.cc b.cc，出現錯誤：
/tmp/ccDYjlJE.o(.data+0x0): multiple definition of `i'
/tmp/ccNz3Dvy.o(.data+0x0): first defined here
collect2: ld returned 1 exit status

為什麼會出現這樣的錯誤呢？這裡面有一個概念沒有搞清楚：

A. 以為使用條件編譯可以讓 int i = 10; 這句代碼只執行一次。事實上，我們通過這個命令列：g++ -E a.cc b.cc >& output ，這個命令列是讓g++在做完預先處理之後就停止，然後將預先處理的結果列印到螢幕，然後我們開啟output檔案，在裡面，我們會發現int i = 10;這句代碼出現了兩次。所以，結論就是：條件編譯只在一個源檔案中生效，換句話說，通過使用條件編譯，我們可以保證在一個源檔案中，不會產生多餘的 include，但是，在多個源檔案中，條件編譯是無效的。注意：一個小知識點，g++的-E option不要和-o option連用，否則會導致輸出的預先處理後的代碼不完整。

所以，上面的代碼是錯誤的。根據上面的例子，我們又可以總結一些東西了，接著上面的第四點：

5. 在標頭檔中(.h檔案中)，一般我們唯寫declaration，所以，在標頭檔中，我們一般做的是：定義類型（各種struct，typedef等）， 定義函數（前面說過了，沒有代碼的函式宣告是declaration）。如果要在標頭檔中定義變數，那麼，必須保證以下兩點中的一點：

a）這個標頭檔只會被一個源檔案include

b）將這個變數定義變成聲明，也就是前面加上extern，然後在一個且只能有一個源檔案中對該變數做definition

如果不是這樣，那就必然出現multiple definition。任何源檔案想要引用其他源檔案中或標頭檔中定義的變數，必須要使用extern，表示該變數不是在當前源檔案中definition的。當然，前提條件是這個變數是全域變數（廢話 ）。

所以，前面給出的那個測試例子，可以這樣修改就OK了。在common.h中：

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#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

void print_sth();

#endif

a.cc:

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

int i = 10;

int main()
{
    cout << "i is: " << i << endl;
    print_sth();
    return 0;
}

b.cc:

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#include <iostream>
#include "common.h"
using namespace std;

extern int i;

void print_sth()
{
    i = 20;
    cout << "i in b.cc is: " << i << endl;
}

這樣就OK了，程式編譯通過，輸出是：
i is: 10
i in b.cc is: 20

或者直接在common.h中，將 int i = 10; 改成extern int i；然後在a.cc中做definition：int i = 10; ，這樣也是可以的。