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最近，有同事向我多次问及C++关于编译链接方面的问题，包括如下：
1：什么样的函数以及变量可以定义在头文件中
2：extern &C&的作用
3：防止重复包含的宏的作用
4：函数之间是怎么链接起来的
我认为，这些问题不难，书上基本上都有，但要是没有真正思考过，就凭死记硬背，也就是只能“嘴上说说”而已，遇到问题还真棘手，所以我觉得有必要说一下。
C/C++的编译链接过程
其实，“编译”这个词大多数时候，我们指的是由一堆.h,.c,.cpp文件生成链接库或者可执行文件的过程。但是拿C/C++来说，其实这是很模糊的，由一堆C/C++文件生成应用程序包括预处理---编译文件---链接(写的比较粗糙，不影响本文论述)。
首先，要明白什么是编译单元，一个编译单元可以认为是一个.c或者.cpp文件，每一个编译单元首先会经过预处理得到一个临时的编译单元，这里称为tmp.cpp，预处理会把.c或者.cpp直接或者间接包含的其它文件(不只局限于.h文件，只要是#include即可)的内容替换进来，并展开宏调用等。
下面首先看一个例子：
#ifndef A_H_
#define A_H_
static int a = 1;
void fun();
#endifa.cpp
#include &a.h&
static void hello_world()
}只有a.h和a.cpp这两个文件，及其简单。首先通过g++的-E参数得到a.cpp预处理之后的内容
coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -E a.cpp & tmp.cpp查看tmp.cpp
# 1 &a.cpp&
# 1 &&built-in&&
# 1 &&command-line&&
# 1 &a.cpp&
# 1 &a.h& 1
static int a = 1;
void fun();
# 2 &a.cpp& 2
static void hello_world()
}tmp.cpp就是只经过预处理得到的文件，这个文件才是编译器能够真正看到的文件。这个过程就是预处理。
其中#define A_H_的作用是防止重复包含a.h这个头文件，很多人都知道这一点，但是再仔细问，我见过大多数人都说不清楚。
这种宏是为了防止一个编译单元(cpp文件)重复包含同一个头文件。它在预处理阶段起作用，预处理器发现a.cpp内已经定义过A_H_这个宏的话，在a.cpp中再次发现#include &a.h&的时候就不会把a.h的内容替换进a.cpp了。
编译器看到tmp.cpp的时候，会编译成一个obj文件，最后由链接器对这一个对obj文件进行链接，从而得到可执行程序。
编译错误和连接错误
编译错误指的是一个cpp编译单元在编译时发生的错误，这种错误一般都是语法错误，拼写错误，参数不匹配等。
以main.cpp为例(只有一个main函数)
int main()
hello_world();
编译(加-c参数表示只编译不链接)
coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o main.o main.cpp
main.cpp: In function ‘int main()’:
main.cpp:4: error: ‘hello_world’ was not declared in this scope这种错误就是编译，原因是hello_world函数未声明，把void hello_world();这条语句加到main函数前面，再次编译
coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o main.o main.cpp
coderchen@coderchen:~/c++$ 编译成功，虽然我们调用了hello_world函数，却没有定义这个函数。好，接下来，我们把这个main.o文件链接下，
coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -o main main.o
main.o: In function `main':
main.cpp:(.text+0x7): undefined reference to `hello_world()'
collect2: ld returned 1 exit status看到了吧，链接器ld报出了链接错误，原因是hello_world这个函数找不到。这个例子很简单，基本上可以区分出编译错误和链接错误。我们再添加一个hello_world.cpp
void hello_world()
coderchen@coderchen:~/c++$ g++ -c -o hello_world.o hello_world.cpp链接
coderchen@coderchen:~/c++之所以$ g++ -o main main.o hello_world.ook，我们的main程序已经生成了，我们经历了预处理---编译---链接的过程。
有的人说为什么不需要写一个hello_world.h的头文件，声明hello_world函数，然后再让main.cpp包含hello_world.h呢？这样写自然是标准的做法，不过预处理过后，和我们现在写的一样的，预处理会把hello_world.h的内容替换到main.cpp中。
问题：在链接的时候，main.o怎么知道hello_world函数定义在hello_world.o中呢？
答案：main.o不知道hello_world函数定义在那个obj文件中，每个obj文件都有一个导出符号表，对于这个例子，hello_world.o的导出符号表中有hello_world这个函数，而main.o需要用到这个函数，可以想象就像几个插槽一样。链接器通过扫描obj文件发现这个函数定义在hello_world.o中，然后就可以链接了。
问题：为什么函数不能定义在头文件中？
这个问题是不恰当的，因为用inline和static修饰的函数可以定义在头文件中，而inline修饰的函数必须定义在头文件中。
如果函数定义在头文件中，并且有多个cpp文件都包含了这个头文件的话，那么这些cpp文件生成的obj文件的导出符号表中都有这个头文件中定义的函数，单文件编译的时候是不会出错的，但是链接的时候就会报错。链接器发现了多个函数实体，但却无法确定应该使用哪一个。这是一个链接错误。
inline修饰的函数，通常都不会存在函数实体，即便编译器没有对其内联，那么obj文件也不会导出inline函数，所以链接不会出错。
static修饰的函数，只能由定义它的编译单元调用，也不会导出。如果头文件中顶一个static修饰的函数，就相当于多个obj文件中都顶一个了一个一模一样的函数，大家各用各的，互补干扰。
问题：什么样的变量可以定义在头文件中？
其实变量于函数很类似，由static或const修饰的变量可以定义在头文件中。
static修饰的变量于static修饰的函数一样，道理同上。
const修饰的变量默认是不会进入导出符号表的，相当于每个obj中都定义了一个一模一样的const变量，各用各的。而const可以再用extern修饰，如果用extern const修饰的变量定义在头文件中，那么就会出现链接错误，原因就是“想一想extern是干嘛的”
问题：extern &C&是干嘛的？
如果有人回答“兼容C和C++”，我只能说“这是一个正确答案，但我不知道你是否真的知道”。
首先要知道C不支持重载，C++支持重载，C++为了支持重载，引入了函数重命名的机制，就像下面这样：
int hello_world(type1 param);
int hello_world(type2 param);通常第一个函数会被编译成hello_world_type1这样子，第二个函数会被编译成hello_world_type2这样子。不管是定义的地方还是调用的地方，都会把函数改成同样的名字，所以链接器可以正确的找到函数实体。
而我们写C++程序的时候，通常会引入由c编写的库(gcc编译的c文件)，而c不支持重载，自然不会对函数重命名。而我们在C++中调用的地方很可能会重命名，这就造成了调用的地方(C++编译)和定义的地方(C编译)函数名不一致的情况，这也是一种链接错误。
所以我们经常会看到在C++中用extern &C& { #include &some_c.h& }这种代码。这就是告诉c++编译器，some_c.h中的函数要按照c的方式编译，不要重命名，这样在链接的时候就ok了。
参考知识库
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(3)(9)(3)(4)(6)(4)(3)(6)(3)(10)(4)(8)(15)(7)(20)2012年11月 Linux/Unix社区大版内专家分月排行榜第二2011年8月 Linux/Unix社区大版内专家分月排行榜第二2008年10月 C/C++大版内专家分月排行榜第二
2012年8月 Linux/Unix社区大版内专家分月排行榜第三
2013年 总版技术专家分年内排行榜第三
2012年 总版技术专家分年内排行榜第七
2013年 总版技术专家分年内排行榜第三
2012年 总版技术专家分年内排行榜第七
2013年 总版技术专家分年内排行榜第三
2012年 总版技术专家分年内排行榜第七
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C++/C试题的答案与评分标准
一、请填写BOOL&,&float,&指针变量与“零值”比较的&if&语句。（10分）&
请写出&BOOL&flag&与“零值”比较的&if&语句。（3分）&
标准答案：&
if&(&flag&)&
if&(&!flag&)&
如下写法均属不良风格，不得分。&
if&(flag&==&TRUE)&
if&(flag&==&1&)&
if&(flag&==&FALSE)&
if&(flag&==&0)&
请写出&float&x&与“零值”比较的&if&语句。（4分）&
标准答案示例：&
const&float&EPSINON&=&0.00001;&
if&((x&&=&-&EPSINON)&&&&(x&&=&EPSINON)
不可将浮点变量用“==”或“！=”与数字比较，应该设法转化成“&=”或“&=”此类形式。&
如下是错误的写法，不得分。&
if&(x&==&0.0)&
if&(x&!=&0.0&
请写出&char&*p&与“零值”比较的&if&语句。（3分）&
标准答案：&
if&(p&==&NULL)&
if&(p&!=&NULL)&
如下写法均属不良风格，不得分。&
if&(p&==&0)&
if&(p&!=&0)&
二、以下为Windows&NT下的32位C++程序，请计算sizeof的值（10分）&
char&str[]&=&“Hello”&;&
char&*p&=&str&;&
int&n&=&10;&
sizeof&(str&)&=&6&（2分）&
sizeof&(&p&)&=&4&（2分）&
sizeof&(&n&)&=&4&（2分）&
void&Func&(&char&str[100])&
sizeof(&str&)&=&4&（2分）&
.对于函数参数列表中的
以数组类型书写的形式参数，
编译器把其解释为普通
的指针类型，即char
void&*p&=&malloc(&100&);&
sizeof&(&p&)&=&4&（2分）&
三、简答题（25分）&
1、头文件中的&ifndef/define/endif&干什么用？（5分）&
答：防止该头文件被重复引用。
2、#include&&filename.h&&和&#include&“filename.h”&有什么区别？（5分）&
答：对于#include&&filename.h&&，编译器从标准库路径开始搜索&filename.h&对于#include&“filename.h”&，编译器从用户的工作路径开始搜索&filename.h&
3、const&有什么用途？（请至少说明两种）（5分）&
答：（1）可以定义&const&常量
（2）const可以修饰函数的参数、返回值，甚至函数的定义体。被const修饰的东西都受到强制保护，可以预防意外的变动，能提高程序的健壮性。
4、在C++&程序中调用被&C编译器编译后的函数，为什么要加&extern&“C”？&（5分）&
答：C++语言支持函数重载，C语言不支持函数重载。函数被C++编译后在库中的名字与C语言的不同。假设某个函数的原型为：&void&foo(int&x,&int&y);该函数被C编译器编译后在库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字。C++提供了C连接交换指定符号extern“C”来解决名字匹配问题。
5、请简述以下两个for循环的优缺点（5分）&
for&(i=0;&i&N;&i++)&
if&(condition)&
DoSomething();&
DoOtherthing();&
if&(condition)&
for&(i=0;&i&N;&i++)&
DoSomething();&
for&(i=0;&i&N;&i++)&
DoOtherthing();&
优点：程序简洁&
缺点：多执行了N-1次逻辑判断，并且打断了循环“流水线”作业，使得编译器不能对循环进行优化处理，降低了效率。&
优点：循环的效率高&
缺点：程序不简洁&
四、有关内存的思考题（每小题5分，共20分）&
void&GetMemory(char&*p)&
p&=&(char&*)malloc(100);&
void&Test(void)&
char&*str&=&NULL;&
GetMemory(str);&
strcpy(str,&&hello&world&);&
printf(str);&
请问运行Test函数会有什么样的结果？&
答：程序崩溃。
因为GetMemory并不能传递动态内存，&
Test函数中的&str一直都是&NULL。
strcpy(str,&&hello&world&);将使程序崩溃。
char&*GetMemory(void)&
char&p[]&=&&hello&world&;&
return&p;&
void&Test(void)&
char&*str&=&NULL;&
str&=&GetMemory();&
printf(str);&
请问运行Test函数会有什么样的结果？&
答：可能是乱码。
因为GetMemory返回的是指向“栈内存”的指针，该指针的地址不是&NULL，但其原现的内容已经被清除，新内容不可知。
void&GetMemory2(char&**p,&int&num)&
*p&=&(char&*)malloc(num);&
void&Test(void)&
char&*str&=&NULL;&
GetMemory(&str,&100);&
strcpy(str,&&hello&);&
printf(str);&
请问运行Test函数会有什么样的结果？&
（1）能够输出hello&
（2）内存泄漏，str指针使用完后未释放
void&Test(void)&
char&*str&=&(char&*)&malloc(100);&
strcpy(str,&“hello”);&
free(str);&
if(str&!=&NULL)&
strcpy(str,&“world”);&
printf(str);&
请问运行Test函数会有什么样的结果？&
答：篡改动态内存区的内容，后果难以预料，非常危险。
因为free(str);之后，str成为野指针，&
if(str&!=&NULL)语句不起作用。&
五、编写strcpy函数（10分）&
已知strcpy函数的原型是&
char&*strcpy(char&*strDest,&const&char&*strSrc);&
其中strDest是目的字符串，strSrc是源字符串。
（1）不调用C++/C的字符串库函数，请编写函数&strcpy&
char&*strcpy(char&*strDest,&const&char&*strSrc);&
assert((strDest!=NULL)&&&&(strSrc&!=NULL));&//&2分&
char&*address&=&strD&//&2分&
while(&(*strDest++&=&*&strSrc++)&!=&‘\0’&)&//&2分&
return&address&;&//&2分&
（2）strcpy能把strSrc的内容复制到strDest，为什么还要char&*&类型的返回值？&
答：为了实现链式表达式。&//&2分
例如&int&length&=&strlen(&strcpy(&strDest,&“hello&world”)&);&
六、编写类String的构造函数、析构函数和赋值函数（25分）&
已知类String的原型为：&
class String&
String(const char *str = NULL); // 普通构造函数&
String(const String &other); // 拷贝构造函数&
~ String(void); // 析构函数&
String & operate =(const String &other); // 赋值函数&
char *m_ // 用于保存字符串&
请编写String的上述4个函数。
标准答案：&
// String的析构函数&
String::~String(void) // 3分&
delete [] m_&
// 由于m_data是内部数据类型，也可以写成 delete m_&
// String的普通构造函数&
String::String(const char *str) // 6分&
if(str==NULL)&
m_data = new char[1]; // 若能加 NULL 判断则更好&
*m_data = ‘\0’;&
int length = strlen(str);&
m_data = new char[length+1]; // 若能加 NULL 判断则更好&
strcpy(m_data, str);&
// 拷贝构造函数&
String::String(const String &other) // 3分&
int length = strlen(other.m_data);&
m_data = new char[length+1]; // 若能加 NULL 判断则更好&
strcpy(m_data, other.m_data);&
// 赋值函数&
String & String::operate =(const String &other) // 13分&
// (1) 检查自赋值 // 4分&
if(this == &other)&
// (2) 释放原有的内存资源 // 3分&
delete [] m_&
// （3）分配新的内存资源，并复制内容 // 3分&
int length = strlen(other.m_data);&
m_data = new char[length+1]; // 若能加 NULL 判断则更好&
strcpy(m_data, other.m_data);&
// （4）返回本对象的引用 // 3分&
} 已知类String的原型为：&
class&String&
String(const&char&*str&=&NULL);&//&普通构造函数&
String(const&String&&other);&//&拷贝构造函数&
~&String(void);&//&析构函数&
String&&&operate&=(const&String&&other);&//&赋值函数&
char&*m_&//&用于保存字符串&
请编写String的上述4个函数。
标准答案：&
//&String的析构函数&
String::~String(void)&//&3分&
delete&[]&m_&
//&由于m_data是内部数据类型，也可以写成&delete&m_&
//&String的普通构造函数&
String::String(const&char&*str)&//&6分&
if(str==NULL)&
m_data&=&new&char[1];&//&若能加&NULL&判断则更好&
*m_data&=&‘\0’;&
int&length&=&strlen(str);&
m_data&=&new&char[length+1];&//&若能加&NULL&判断则更好&
strcpy(m_data,&str);&
//&拷贝构造函数&
String::String(const&String&&other)&//&3分&
int&length&=&strlen(other.m_data);&
m_data&=&new&char[length+1];&//&若能加&NULL&判断则更好&
strcpy(m_data,&other.m_data);&
//&赋值函数&
String&&&String::operate&=(const&String&&other)&//&13分&
//&(1)&检查自赋值&//&4分&
if(this&==&&other)&
//&(2)&释放原有的内存资源&//&3分&
delete&[]&m_&
//&（3）分配新的内存资源，并复制内容&//&3分&
int&length&=&strlen(other.m_data);&
m_data&=&new&char[length+1];&//&若能加&NULL&判断则更好&
strcpy(m_data,&other.m_data);&
//&（4）返回本对象的引用&//&3分&
（1）如果你只得了几十分，请不要声张，也不要太难过。编程质量差往往是由于不良习惯造成的，与人的智力、能力没有多大关系，还是有药可救的。成绩越差，可以进步的空间就越大，中国不就是在落后中赶超发达资本主义国家吗？只要你能下决心改掉不良的编程习惯，第二次考试就能及格了。
（2）如果你考及格了，表明你的技术基础不错，希望你能虚心学习、不断进步。
（3）如果你考出85分以上的好成绩，你有义务和资格为你所在的团队作“C++/C编程”培训。
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