C语言中的static与extern

最近在学习 Operating System，作业需要使用 C 语言在一个 toy OS 中进行编程与学习。在原始提供的源码中，发现有许多 static 和 extern 的关键字，故在此做一下总结与整理。

extern

首先来看一下 extern。其最主要的作用就是可以引用工程的其他文件中定义的变量或函数。假设有两个文件 foo1.c 和 foo2.c：

foo1.c

int var;

foo2.c

extern int var;

最终生成可执行文件时，需要分别编译 compile 和链接 link：

gcc -c foo1.c
gcc -c foo2.c
gcc foo1.o foo2.o -o foo  // link

在编译过程中，编译器只会为 foo2.c 中的 var 分配内存，在 foo1.c 中仅仅生成一个名为 var 的 symbol。而后在 link 过程中，链接器会将该 symbol 替换为 foo2.c 中的 var 的内存地址，从而达到指向同一变量的目的。

extern 的实际应用场景主要在编写库 library。打个比方，假设有名为 Mylib 的库，包含 Mylib.c 和 Mylib.h。 MyLib.c:

int Variable;

MyLib.h:

extern int Variable;

main.c:

# include "MyLib.h"

int main ( void )
{
    Variable = 10;
    printf ( "%d\n", Variable ) ;
    return 0;
}

在。h 文件中使用 extern 来引用。c 库文件中定义的变量后，用户即可通过 include 头文件来使用库中的变量。

static

回到之前提到的例子，如果 foo2.c 中的 extern 去掉又会怎样呢。对于未初始化的变量，GCC 会默认将它们视为同一个变量，效果与 extern GCC 会报错：

/tmp/ccFN6SQZ.o: ( .data+0x0 ) : multiple definition of `var'
/tmp/ccbc0T4O.o: ( .data+0x0 ) : first defined here

假设 foo1.c 与 foo2.c 分别来自于两个不同的库，如果用户想要同时 include 这两种库时，就会产生 multiple definition 的错误。作为库的开发者，有责任防止这种多重定义的情况的发生，因此需要用到 static。

static 保证了定义的变量和函数只存在该文件范围内，其他的文件无法 link 这些变量和函数，从而避免了多重定义的问题。

除此之外，定义在函数中 static 变量在函数被调用后可维持该变量的值。

来看一下下面的例子：

void foo ( )
{
    int a = 10;
    static int sa = 10;

    a += 5;
    sa += 5;

    printf ( "a = %d, sa = %d\n", a, sa ) ;
}

int main ( )
{
    int i;

    for ( i = 0; i < 10; ++i )
        foo ( ) ;
}

这种情况下，main 函数调用 foo 函数，在 foo 执行完退出后，sa 变量仍然保持其退出前的值。当 foo 被在此调用的时候，sa 会在原来的基础上再加 5。

当我们需用保留调用函数的某种状态而又不想创建全局变量时，这种方法就显得比较有用。然而，这种方法的滥用会导致程序的可读性和线程安全，所以需要谨慎使用。

在 C++中，static 还可用于 class 属性，在此不再赘述。

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