C++ - extern "C"

C++中extern “C”含义深层探索

1.引言

　　C++语言的创建初衷是“a better C”，但是这并不意味着C++中类似C语言的全局变量和函数所采用的编译和连接方式与C语言完全相同。作为一种欲与C兼容的语言，C++保留了一部分过程式语言的特点（被世人称为“不彻底地面向对象”），因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是，C++毕竟是一种面向对象的程序设计语言，为了支持函数的重载，C++对全局函数的处理方式与C有明显的不同。

　　2.从标准头文件说起

　　某企业曾经给出如下的一道面试题：

　　面试题
　　为什么标准头文件都有类似以下的结构？ 

#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 
/*...*/ 
#ifdef __cplusplus
}
#endif 
#endif /* __INCvxWorksh */

　　分析
　　显然，头文件中的编译宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止该头文件被重复引用。

　　那么

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif 
#ifdef __cplusplus
}
#endif

　　的作用又是什么呢？我们将在下文一一道来。

3.深层揭密extern "C"

　　extern "C" 包含双重含义，从字面上即可得到：首先，被它修饰的目标是“extern”的；其次，被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。

　　被extern "C"限定的函数或变量是extern类型的；

　　extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围（可见性）的关键字，该关键字告诉编译器，其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住，下列语句：

　　extern int a;

　　仅仅是一个变量的声明，其并不是在定义变量a，并未为a分配内存空间。变量a在所有模块中作为一种全局变量只能被定义一次，否则会出现连接错误。

　　通常，在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字extern声明。例如，如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样，模块B中调用模块A中的函数时，在编译阶段，模块B虽然找不到该函数，但是并不会报错；它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。

　　与extern对应的关键字是static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此，一个函数或变量只可能被本模块使用时，其不可能被extern “C”修饰。

　　被extern "C"修饰的变量和函数是按照C语言方式编译和连接的；

　　未加extern “C”声明时的编译方式

　　首先看看C++中对类似C的函数是怎样编译的。

　　作为一种面向对象的语言，C++支持函数重载，而过程式语言C则不支持。函数被C++编译后在符号库中的名字与C语言的不同。例如，假设某个函数的原型为： 

void foo( int x, int y );

　　该函数被C编译器编译后在符号库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像_foo_int_int之类的名字（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为“mangled name”）。

　　_foo_int_int这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息，C++就是靠这种机制来实现函数重载的。例如，在C++中，函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float y )编译生成的符号是不相同的，后者为_foo_int_float。

同样地，C++中的变量除支持局部变量外，还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的类成员变量可能与全局变量同名，我们以"."来区分。而本质上，编译器在进行编译时，与函数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与用户程序中同名的全局变量名字不同。

　　未加extern "C"声明时的连接方式

　　假设在C++中，模块A的头文件如下：

// 模块A头文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif

　　在模块B中引用该函数：

// 模块B实现文件　moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(2,3);

　　实际上，在连接阶段，连接器会从模块A生成的目标文件moduleA.obj中寻找_foo_int_int这样的符号！

　　加extern "C"声明后的编译和连接方式

　　加extern "C"声明后，模块A的头文件变为：

// 模块A头文件　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif

　　在模块B的实现文件中仍然调用foo( 2,3 )，其结果是：

　　（1）模块A编译生成foo的目标代码时，没有对其名字进行特殊处理，采用了C语言的方式；

　　（2）连接器在为模块B的目标代码寻找foo(2,3)调用时，寻找的是未经修改的符号名_foo。

　　如果在模块A中函数声明了foo为extern "C"类型，而模块B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，则模块B找不到模块A中的函数；反之亦然。

　　所以，可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的（任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时，不能只停留在这个语言是怎么做的，还要问一问它为什么要这么做，动机是什么，这样我们可以更深入地理解许多问题）：
　　实现C++与C及其它语言的混合编程。
　　明白了C++中extern "C"的设立动机，我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。

4.extern "C"的惯用法

　　（1）在C++中引用C语言中的函数和变量，在包含C语言头文件（假设为cExample.h）时，需进行下列处理：

extern "C"
{
#include "cExample.h"
}

　　而在C语言的头文件中，对其外部函数只能指定为extern类型，C语言中不支持extern "C"声明，在.c文件中包含了extern "C"时会出现编译语法错误。

　　笔者编写的C++引用C函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

/* c语言头文件：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);
#endif
/* c语言实现文件：cExample.c */
#include "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
// c++实现文件，调用add：cppFile.cpp
extern "C" 
{
#include "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[])
{
add(2,3); 
return 0;
}

　　如果C++调用一个C语言编写的.DLL时，当包括.DLL的头文件或声明接口函数时，应加extern "C" {　}。

　　（2）在C中引用C++语言中的函数和变量时，C++的头文件需添加extern "C"，但是在C语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件，应该仅将C文件中将C++中定义的extern "C"函数声明为extern类型。
　　笔者编写的C引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：

//C++头文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
//C++实现文件 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
/* C实现文件 cFile.c
/* 这样会编译出错：#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main( int argc, char* argv[] )
{
add( 2, 3 ); 
return 0;
}

　　如果深入理解了第3节中所阐述的extern "C"在编译和连接阶段发挥的作用，就能真正理解本节所阐述的从C++引用C函数和C引用C++函数的惯用法。对第4节给出的示例代码，需要特别留意各个细节。

extern "C"的作用

extern "C"的作用(一) 



前些天,编程序是用到了很久以前写的C程序,想把里面的函数利用起来,连接发现出现了找不到具体函数的错误: 

以下是假设旧的C程序库 

C的头文件 

/*-----------c.h--------------*/ 
#ifndef _C_H_ 
#define _C_H_ 
extern int add(int x, int y); 
#endif 
C的源文件 

/*-----------c.c--------------*/ 
int add(int x, int y){ 
return x+y; 
} 
C++的调用 

/*-----------cpp.cpp--------------*/ 
#include "c.h" 
void main() 
{ 
add(1, 0); 
} 
这样编译会产生错误cpp.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "int __cdecl add(int,int)" (?add@@YAHHH@Z),原因是找不到add的目标模块 

这才令我想起C++重载的函数命名方式和C函数的命名方式,让我们回顾一下:C中函数编译后命名会在函数名前加以"_",比如add函数编译成obj文件时的实际命名为_add,而c++命名则不同,为了实现函数重载同样的函数名add因参数的不同会被编译成不同的名字 

例如 

int add(int , int)==>add@@YAHHH@Z, 

float add(float , float )==>add@@YAMMM@Z, 

以上是VC6的命名方式,不同的编译器会不同,总之不同的参数同样的函数名将编译成不同目标名,以便于函数重载是调用具体的函数. 

编译cpp.cpp中编译器在cpp文件中发现add(1, 0);的调用而函数声明为extern int add(int x, int y);编译器就决定去找add@@YAHHH@Z,可惜他找不到,因为C的源文件把extern int add(int x, int y);编译成_add了; 

为了解决这个问题C++采用了extern "C",这就是我们的主题,想要利用以前的C程序库,那么你就要学会它,我们可以看以下标准头文件你会发现,很多头文件都有以下的结构 

#ifndef __H 
#define __H 
#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
#endif 

extern int f1(int, int); 
extern int f2(int, int); 
extern int f3(int, int); 


#ifdef __cplusplus 
} 
#endif 

#endif /*__H*/ 

如果我们仿制该头文件可以得到 

#ifndef _C_H_ 
#define _C_H_ 
#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
#endif 

extern int add(int, int); 

#ifdef __cplusplus 
} 
#endif 

#endif /* _C_H_ */ 

这样编译 

/*-----------c.c--------------*/ 
int add(int x, int y){ 
return x+y; 
} 


这时源文件为*.c,__cplusplus没有被定义,extern "C" {}这时没有生效对于C他看到只是extern int add(int, int); 
add函数编译成_add(int, int); 

而编译c++源文件 

/*-----------cpp.cpp--------------*/ 
#include "c.h" 
void main() 
{ 
add(1, 0); 
} 
这时源文件为*.cpp,__cplusplus被定义,对于C++他看到的是extern "C" {extern int add(int, int);}编译器就会知道 add(1, 0);调用的C风格的函数,就会知道去c.obj中找_add(int, int)而不是add@@YAHHH@Z; 

这也就为什么DLL中常看见extern "C" {},windows是采用C语言编制他首先要考虑到C可以正确调用这些DLL,而用户可能会使用C++而extern "C" {}就会发生作用 


extern "C"的作用(二) 



一、修饰名(Decorated Name) 
C/C++程序中的函数在内部是通过修饰名来标识的.修饰名是在函数定义或原型编译阶段由编译器创建字符串.当你在LINK等工具中要指定一个函数名时,会用到修饰名. 
1、使用修饰名: 
大多数情况下,你不必知道函数的修饰名是什么.连接器等工具通常都能处理函数未修饰的名字.然而,在有些情况下,你可能需要指定函数的修饰名.对于C++重载函数和特定的成员函数(如:构造函数和析构函数),你必须指定这些函数的修饰名,以便连接器等工具能够匹配名字.同时,你也必须在那些引用c或c++函数名的汇编源文件中使用修饰名. 
2、查看修饰名: 
如果你编译了一个源文件,该源文件中包含了函数定义或原型,你可以获得函数的修饰名形式. 
(1)用编译器列表(compiler listing)来查看: 
   (i)通过将列表文件类型编译器选项(/FA[c|s]) 设置为下面中的一种,来产生列表文件:Assembly with Machine Code (/FAc); Assembly with Source Code (/FAs); Assembly, Machine Code, and Source (/FAcs). 
   (ii)在产生的列表文件中,找到包含未经修饰的函数定义的行. 
   (iii)查找前面一行.PROC NEAR 命令标签前就是函数名经过修饰后的形式. 


(2)使用DUMPBIN工具来查看: 
  在.OBJ或.LIB上运行 DUMPBIN,使用/SYMBOLS选项.在输出中查找未经修饰的函数定义.后面跟着的就是经过修饰的函数名,用圆括号括起来的. 
二、替代连接说明: 
如果在c++中编写一个程序需要用到c的库,那该如何?如果这样声明一个c函数: 
void f(int a,char b); 
c++编译器就会将这个名字变成相应的修饰名,比如:?f@@YAXHD@Z. 
然而,c编译器编译的库的内部函数名(连接器使用)是完全不同的.这样,当c++连接器连接c的函数库时,将会产生内部使用函数不匹配. 
故,c++中提供了一个替代连接说明(alternate linkage specification),它是通过重载extern关键字来实现的. 
extern后跟一个字符串来指定想声明的函数的连接类型,后面是函数声明,比如: 
extern "C" void f(int a,char b); 
这样,就是告诉编译器是c连接,这样就不会转换函数名了.此例中,编译后的内部函数名是_f.