C/C++ 多文件编译笔记

贡献者： addis

　　 以下规则对 c 和 c++ 语言都适用。

1. 单个 translation unit

• #include 头文件（.h）相当于直接把头文件的内容插入到当前位置。
• 头文件可以没有或者有任意后缀名（例如标准库的头文件就没有后缀名）。
• 每个 .cpp（也可以用 .cxx）文件叫做一个 translation unit。可以单独编译成一个 object 文件（.o）
• 某个 translation unit 中定义的宏只在这一个 translation unit 中有效，即从定义开始到文件底部（或者到 #undef）。
• 头文件开始用 #pragma once 可以防止同一个头文件被多次插入同一个 translation unit。例如 b.h 和 c.h 中都 include 了 a.h，如果 cpp 文件中同时 include 了 b.h 和 c.h，a.h 就不会被插入两次。注意这并不是 C++ 标准，但大部分编译器都实现了。

2. 多个 translation unit

• 若有多个 translation unit，可以分别编译，然后将所有 object 文件 link 起来就成了可执行程序。
• 一个 translation unit 中定义的函数要在另一个 translation unit 调用前要先声明（declare）。
• 每个 translation unit 编译的时候也不需要有其他 translation unit 存在，即使调用了其他 translation unit 中定义的函数。
• 只有在 link 阶段编译器才会检查一个 o 文件中调用的函数是否能在另一个 o 文件中有定义，如果没有，link 就会失败。
• ODR（one definition rule） 要求一个函数不能在同一个或不同 translation unit 中有重复的定义（definition），例如全局变量和函数（包括成员函数）。但重复的声明（declaration）是允许的。
• inline 函数或变量需要在使用到它的每个 translation unit 中都有一样的定义（所以一般放到头文件中）。否则即使预先 declare 也会出错。
• C++17 开始支持 inline 的全局变量，这相当于在一个 TU 中定义，其他 TU 中声明，这样就可以在头文件中定义全局变量。
• class 的声明也需要在使用到它的每个 translation unit 中都有一样的定义（所以一般放到头文件中）。
• 任何函数或类的 template 的定义同样也需要在使用到它的每个 translation unit 中都有一样的定义（所以一般放到头文件中）。
• inline 的含义已经与是否真的 inline 几乎无关了，只是为了避免 ODR 错误的一种手段。
• 即使使用了 inline，同一个 translation unit 中也不可以出现两个同样的定义。
• 如果一个函数调用的函数在它之后定义，则需要将 declaration 放在它前面。
• 所以编译时若提示找不到某个函数，一定要注意是 compile 过程中没找到还是 link 过程中没找到。如果是后者可能是没有 link 到适当的库（-l 选项）。无论是静态还是动态库，就相当于是编译好的 .o 文件打包好。
• 另一个避免 ODR 的方法是用 static 关键词让其具有 internal linkage。这样它就只在当前的 TU 中生效，linker 看不见它。这样就可以在不同 TU 中给同名函数或变量用不同的定义。这（有点）相当于不用 static，但命名成不同的变量或函数。如果制作成 .a 或者 .so 库，使用者同样也不能用它们。
• const 的全局变量可以放在头文件中，同样具有 local linkage，在每个 TU 中都有一个独立的对象，不违反 ODR。