C和C++混合编程(__cplusplus 与 external c 的使用)
第一種理解
比如說你用C++開發了一個DLL庫，為了能夠讓C語言也能夠調用你的DLL輸出(Export)的函數，你需要用extern "C"來強制編譯器不要修改你的
函數名。
通常，在C語言的頭文件中經常可以看到類似下面這種形式的代碼：
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/**** some declaration or so *****/
#ifdef __cplusplus
? }
#endif /* end of __cplusplus */
那么，這種寫法什么用呢？實際上，這是為了讓CPP能夠與C接口而采用的一種語法形式。之所以采用這種方式，是因為兩種語言之間的一些差
異所導致的。由于CPP支持多態性，也就是具有相同函數名的函數可以完成不同的功能，CPP通常是通過參數區分具體調用的是哪一個函數。在
編譯的時候，CPP編譯器會將參數類型和函數名連接在一起，于是在程序編譯成為目標文件以后，CPP編譯器可以直接根據目標文件中的符號名
將多個目標文件連接成一個目標文件或者可執行文件。但是在C語言中，由于完全沒有多態性的概念，C編譯器在編譯時除了會在函數名前面添
加一個下劃線之外，什么也不會做（至少很多編譯器都是這樣干的）。由于這種的原因，當采用CPP與C混合編程的時候，就可能會出問題。假
設在某一個頭文件中定義了這樣一個函數：
int foo(int a, int b);
而這個函數的實現位于一個.c文件中，同時，在.cpp文件中調用了這個函數。那么，當CPP編譯器編譯這個函數的時候，就有可能會把這個函數
名改成_fooii，這里的ii表示函數的第一參數和第二參數都是整型。而C編譯器卻有可能將這個函數名編譯成_foo。也就是說，在CPP編譯器得
到的目標文件中，foo()函數是由_fooii符號來引用的，而在C編譯器生成的目標文件中，foo()函數是由_foo指代的。但連接器工作的時候，它
可不管上層采用的是什么語言，它只認目標文件中的符號。于是，連接器將會發現在.cpp中調用了foo()函數，但是在其它的目標文件中卻找不
到_fooii這個符號，于是提示連接過程出錯。extern "C" {}這種語法形式就是用來解決這個問題的。本文將以示例對這個問題進行說明。
首先假設有下面這樣三個文件：
/* file: test_extern_c.h */
#ifndef __TEST_EXTERN_C_H__
#define __TEST_EXTERN_C_H__
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*
* this is a test function, which calculate
* the multiply of a and b.
*/
extern int ThisIsTest(int a, int b);
#ifdef __cplusplus
? }
#endif /* end of __cplusplus */
#endif
在這個頭文件中只定義了一個函數，ThisIsTest()。這個函數被定義為一個外部函數，可以被包括到其它程序文件中。假設ThisIsTest()函數
的實現位于test_extern_c.c文件中：
/* test_extern_c.c */
#include "test_extern_c.h"
int ThisIsTest(int a, int b)
{
? return (a + b);
}
可以看到，ThisIsTest()函數的實現非常簡單，就是將兩個參數的相加結果返回而已。現在，假設要從CPP中調用ThisIsTest()函數：
/* main.cpp */
#include "test_extern_c.h"
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
class FOO {
? public:
? int bar(int a, int b)
??? {
??????? printf("result=%i/n", ThisIsTest(a, b));
??? }
};
int main(int argc, char **argv)
{
? int a = atoi(argv[1]);
? int b = atoi(argv[2]);
? FOO *foo = new FOO();
? foo->bar(a, b);
? return(0);
}
在這個CPP源文件中，定義了一個簡單的類FOO，在其成員函數bar()中調用了ThisIsTest()函數。下面看一下如果采用gcc編譯test_extern_c.c
，而采用g++編譯main.cpp并與test_extern_c.o連接會發生什么情況：
[cyc@cyc src]$ gcc -c test_extern_c.c
[cyc@cyc src]$ g++ main.cpp test_extern_c.o
[cyc@cyc src]$ ./a.out 4 5??????????
result=9
可以看到，程序沒有任何異常，完全按照預期的方式工作。那么，如果將test_extern_c.h中的extern "C" {}所在的那幾行注釋掉會怎樣呢？
注釋后的test_extern_c.h文件內容如下：
/* test_extern_c.h */
#ifndef __TEST_EXTERN_C_H__
#define __TEST_EXTERN_C_H__
//#ifdef?? __cplusplus
//extern "C" {
//#endif
/*
/* this is a test function, which calculate
* the multiply of a and b.
*/
extern int ThisIsTest(int a, int b);
//#ifdef?? __cplusplus
// }
//#endif?? /* end of __cplusplus */
#endif
之外，其它文件不做任何的改變，仍然采用同樣的方式編譯test_extern_c.c和main.cpp文件：
[cyc@cyc src]$ gcc -c test_extern_c.c
[cyc@cyc src]$ g++ main.cpp test_extern_c.o
/tmp/cca4EtJJ.o(.gnu.linkonce.t._ZN3FOO3barEii+0x10): In function `FOO::bar(int, int)':
: undefined reference to `ThisIsTest(int, int)'
collect2: ld returned 1 exit status
在編譯main.cpp的時候就會出錯，連接器ld提示找不到對函數ThisIsTest()的引用。
為了更清楚地說明問題的原因，我們采用下面的方式先把目標文件編譯出來，然后看目標文件中到底都有些什么符號：
[cyc@cyc src]$ gcc -c test_extern_c.c??
[cyc@cyc src]$ objdump -t test_extern_c.o
test_extern_c.o:?? file format elf32-i386
SYMBOL TABLE:
00000000 l?? df *ABS* 00000000 test_extern_c.c
00000000 l?? d .text 00000000
00000000 l?? d .data 00000000
00000000 l?? d .bss?? 00000000
00000000 l?? d .comment???? 00000000
00000000 g?? F .text 0000000b ThisIsTest
[cyc@cyc src]$ g++ -c main.cpp??????
[cyc@cyc src]$ objdump -t main.o??????
main.o:?? file format elf32-i386
MYMBOL TABLE:
00000000 l?? df *ABS* 00000000 main.cpp
00000000 l?? d .text 00000000
00000000 l?? d .data 00000000
00000000 l?? d .bss?? 00000000
00000000 l?? d .rodata???? 00000000
00000000 l?? d .gnu.linkonce.t._ZN3FOO3barEii 00000000
00000000 l?? d .eh_frame???? 00000000
00000000 l?? d .comment???? 00000000
00000000 g?? F .text 00000081 main
00000000?????? *UND* 00000000 atoi
00000000?????? *UND* 00000000 _Znwj
00000000?????? *UND* 00000000 _ZdlPv
00000000 w?? F .gnu.linkonce.t._ZN3FOO3barEii 00000027 _ZN3FOO3barEii
00000000?????? *UND* 00000000 _Z10ThisIsTestii
00000000?????? *UND* 00000000 printf
00000000?????? *UND* 00000000 __gxx_personality_v0
可以看到，采用gcc編譯了test_extern_c.c之后，在其目標文件test_extern_c.o中的有一個ThisIsTest符號，這個符號就是源文件中定義的
ThisIsTest()函數了。而在采用g++編譯了main.cpp之后，在其目標文件main.o中有一個_Z10ThisIsTestii符號，這個就是經過g++編譯器“粉
碎”過后的函數名。其最后的兩個字符i就表示第一參數和第二參數都是整型。而為什么要加一個前綴_Z10我并不清楚，但這里并不影響我們的
討論，因此不去管它。顯然，這就是原因的所在，其原理在本文開頭已作了說明。
那么，為什么采用了extern "C" {}形式就不會有這個問題呢，我們就來看一下當test_extern_c.h采用extern "C" {}的形式時編譯出來的目標
文件中又有哪些符號：
[cyc@cyc src]$ gcc -c test_extern_c.c
[cyc@cyc src]$ objdump -t test_extern_c.o
test_extern_c.o:?? file format elf32-i386
SYMBOL TABLE:
00000000 l?? df *ABS* 00000000 test_extern_c.c
00000000 l?? d .text 00000000
00000000 l?? d .data 00000000
00000000 l?? d .bss?? 00000000
00000000 l?? d .comment???? 00000000
00000000 g?? F .text 0000000b ThisIsTest
[cyc@cyc src]$ g++ -c main.cpp
[cyc@cyc src]$ objdump -t main.o
main.o:?? file format elf32-i386
SYMBOL TABLE:
00000000 l?? df *ABS* 00000000 main.cpp
00000000 l?? d .text 00000000
00000000 l?? d .data 00000000
00000000 l?? d .bss?? 00000000
00000000 l?? d .rodata???? 00000000
00000000 l?? d .gnu.linkonce.t._ZN3FOO3barEii 00000000
00000000 l?? d .eh_frame???? 00000000
00000000 l?? d .comment???? 00000000
00000000 g?? F .text 00000081 main
00000000?????? *UND* 00000000 atoi
00000000?????? *UND* 00000000 _Znwj
00000000?????? *UND* 00000000 _ZdlPv
00000000 w?? F .gnu.linkonce.t._ZN3FOO3barEii 00000027 _ZN3FOO3barEii
00000000?????? *UND* 00000000 ThisIsTest
00000000?????? *UND* 00000000 printf
00000000?????? *UND* 00000000 __gxx_personality_v0
注意到這里和前面有什么不同沒有，可以看到，在兩個目標文件中，都有一個符號ThisIsTest，這個符號引用的就是ThisIsTest()函數了。顯
然，此時在兩個目標文件中都存在同樣的ThisIsTest符號，因此認為它們引用的實際上同一個函數，于是就將兩個目標文件連接在一起，凡是
出現程序代碼段中有ThisIsTest符號的地方都用ThisIsTest()函數的實際地址代替。另外，還可以看到，僅僅被extern "C" {}包圍起來的函數
采用這樣的目標符號形式，對于main.cpp中的FOO類的成員函數，在兩種編譯方式后的符號名都是經過“粉碎”了的。
因此，綜合上面的分析，我們可以得出如下結論：采用extern "C" {} 這種形式的聲明，可以使得CPP與C之間的接口具有互通性，不會由于語
言內部的機制導致連接目標文件的時候出現錯誤。需要說明的是，上面只是根據我的試驗結果而得出的結論。由于對于CPP用得不是很多，了解
得也很少，因此對其內部處理機制并不是很清楚，如果需要深入了解這個問題的細節請參考相關資料。
?
第二種理解
時常在cpp的代碼之中看到這樣的代碼:
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
?
//一段代碼
?
#ifdef __cplusplus
}
#endif
?
這樣的代碼到底是什么意思呢？首先，__cplusplus是cpp中的自定義宏，那么定義了這個宏的話表示這是一段cpp的代碼，也就是說，上面
的代碼的含義是:如果這是一段cpp的代碼，那么加入extern "C"{和}處理其中的代碼。
要明白為何使用extern "C"，還得從cpp中對函數的重載處理開始說起。在c++中，為了支持重載機制，在編譯生成的匯編碼中，要對函數
的名字進行一些處理，加入比如函數的返回類型等等.而在C中，只是簡單的函數名字而已，不會加入其他的信息.也就是說:C++和C對產生的函
數名字的處理是不一樣的.
比如下面的一段簡單的函數，我們看看加入和不加入extern "C"產生的匯編代碼都有哪些變化:
int f(void)
{
return 1;
}
?
在加入extern "C"的時候產生的匯編代碼是:
.file "test.cxx"
.text
.align 2
.globl _f
.def _f; .scl 2; .type 32; .endef
_f:
pushl %ebp
movl %esp， %ebp
movl $1， %eax
popl %ebp
ret
?
但是不加入了extern "C"之后
.file "test.cxx"
.text
.align 2
.globl __Z1fv
.def __Z1fv; .scl 2; .type 32; .endef
__Z1fv:
pushl %ebp
movl %esp， %ebp
movl $1， %eax
popl %ebp
ret
?
兩段匯編代碼同樣都是使用gcc -S命令產生的，所有的地方都是一樣的，唯獨是產生的函數名，一個是_f，一個是__Z1fv。
明白了加入與不加入extern "C"之后對函數名稱產生的影響，我們繼續我們的討論:為什么需要使用extern "C"呢？C++之父在設計C++之時
，考慮到當時已經存在了大量的C代碼，為了支持原來的C代碼和已經寫好C庫，需要在C++中盡可能的支持C，而extern "C"就是其中的一個策略
。
試想這樣的情況:一個庫文件已經用C寫好了而且運行得很良好，這個時候我們需要使用這個庫文件，但是我們需要使用C++來寫這個新的代
碼。如果這個代碼使用的是C++的方式鏈接這個C庫文件的話，那么就會出現鏈接錯誤.我們來看一段代碼:首先，我們使用C的處理方式來寫一個
函數，也就是說假設這個函數當時是用C寫成的:
//f1.c
extern "C"
{
void f1()
{
return;
}
}
?
編譯命令是:gcc -c f1.c -o f1.o 產生了一個叫f1.o的庫文件。再寫一段代碼調用這個f1函數:
// test.cxx
//這個extern表示f1函數在別的地方定義，這樣可以通過
//編譯，但是鏈接的時候還是需要
//鏈接上原來的庫文件.
extern void f1();
?
int main()
{
f1();
?
return 0;
}
?
通過gcc -c test.cxx -o test.o 產生一個叫test.o的文件。然后，我們使用gcc test.o f1.o來鏈接兩個文件，可是出錯了，錯誤的提示
是:
test.o(.text + 0x1f):test.cxx: undefine reference to 'f1()'
?
也就是說，在編譯test.cxx的時候編譯器是使用C++的方式來處理f1()函數的，但是實際上鏈接的庫文件卻是用C的方式來處理函數的，所
以就會出現鏈接過不去的錯誤:因為鏈接器找不到函數。
因此，為了在C++代碼中調用用C寫成的庫文件，就需要用extern "C"來告訴編譯器:這是一個用C寫成的庫文件，請用C的方式來鏈接它們。
比如，現在我們有了一個C庫文件，它的頭文件是f.h，產生的lib文件是f.lib，那么我們如果要在C++中使用這個庫文件，我們需要這樣寫
:
extern "C"
{
#include "f.h"
}
?
回到上面的問題，如果要改正鏈接錯誤，我們需要這樣子改寫test.cxx:
extern "C"
{
extern void f1();
}
?
int main()
{
f1();
?
return 0;
}
?
重新編譯并且鏈接就可以過去了.
總結
C和C++對函數的處理方式是不同的.extern "C"是使C++能夠調用C寫作的庫文件的一個手段，如果要對編譯器提示使用C的方式來處理函數的話，那么就要使用extern "C"來說明。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的C和C++混合编程(__cplusplus 与 external c 的使用)的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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