一、簡(jiǎn)介
- C++ 語(yǔ)言的創(chuàng)建初衷是 “a better C”，但是這并不意味著 C++ 中類似 C 語(yǔ)言的全局變量和函數(shù)所采用的編譯和連接方式與 C 語(yǔ)言完全相同。作為一種欲與 C 兼容的語(yǔ)言， C++ 保留了一部分過(guò)程式語(yǔ)言的特點(diǎn)（被稱為“不徹底地面向?qū)ο蟆保?，因而它可以定義不屬于任何類的全局變量和函數(shù)。
- 但是， C++ 畢竟是一種面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言，為了支持函數(shù)的重載， C++ 對(duì)全局函數(shù)的處理方式與 C 有明顯的不同，那么 C++ 中如何通過(guò) extern “C” 關(guān)鍵字支持 C 語(yǔ)言呢？
二、面試問(wèn)題
- 某企業(yè)曾經(jīng)給出如下的一道面試題：為什么標(biāo)準(zhǔn)頭文件都有類似以下的結(jié)構(gòu)？
// incvxworks.h
#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __INCvxWorksh */
- 問(wèn)題分析：對(duì)于上面問(wèn)題，顯然頭文件中的編譯宏 #ifndef __INCvxWorksh、 #define __INCvxWorksh、 #endif 的作用是防止該頭文件被重復(fù)引用。那么，
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
和
#ifdef __cplusplus
}
#endif
- 的作用又是什么呢？
三、關(guān)于 extern “C”
- 前面的題目中的 __cplusplus 宏，是用來(lái)識(shí)別編譯器的，也就是說(shuō)，將當(dāng)前代碼編譯的時(shí)候，是否將代碼作為 C++ 進(jìn)行編譯，如果是，則定義了 __cplusplus 宏。
- 而題目中的 extern “C” 包含雙重含義，從字面上即可得到：首先，被它修飾的目標(biāo)是 extern 的；其次，被它修飾的目標(biāo)是 C 的。具體如下：被 extern “C” 限定的函數(shù)或變量是 extern 類型的。
- extern 是 C/C++ 語(yǔ)言中表明函數(shù)和全局變量作用范圍（可見性）的關(guān)鍵字，該關(guān)鍵字告訴編譯器，其聲明的函數(shù)和變量可以在本模塊或其它模塊中使用。
- 注意，語(yǔ)句 extern int a; 僅僅是對(duì)變量的聲明，其并不是在定義變量 a ，聲明變量并未為 a 分配內(nèi)存空間。定義語(yǔ)句形式為 int a; ，變量 a 在所有模塊中作為一種全局變量只能被定義一次，否則會(huì)出現(xiàn)連接錯(cuò)誤。
- 在引用全局變量和函數(shù)之前，必須要有這個(gè)變量或者函數(shù)的聲明（或者定義）。通常，在模塊的頭文件中對(duì)本模塊提供給其它模塊引用的函數(shù)和全局變量以關(guān)鍵字 extern 聲明。例如，如果模塊 B 欲引用該模塊 A 中定義的全局變量和函數(shù)時(shí)只需包含模塊 A 的頭文件即可。這樣，模塊 B 中調(diào)用模塊 A 中的函數(shù)時(shí)，在編譯階段，模塊 B 雖然找不到該函數(shù)，但是并不會(huì)報(bào)錯(cuò)；它會(huì)在連接階段中從模塊 A 編譯生成的目標(biāo)代碼中找到此函數(shù)。與 extern 對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵字是 static ，被它修飾的全局變量和函數(shù)只能在本模塊中使用。因此，一個(gè)函數(shù)或變量只可能被本模塊使用時(shí)，其不可能被 extern “C” 修飾。被 extern “C” 修飾的變量和函數(shù)是按照 C 語(yǔ)言方式編譯和連接的。
- 首先看看 C++ 中，在未加 extern “C” 聲明時(shí)，對(duì)類似 C 的函數(shù)是怎樣編譯的？
-
- 作為一種面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言， C++ 支持函數(shù)重載，而過(guò)程式語(yǔ)言 C 則不支持，因此函數(shù)被 C++ 編譯后在符號(hào)庫(kù)中的名字與 C 語(yǔ)言的有所不同；
-
- 例如，假設(shè)某個(gè)函數(shù)的原型為：void foo( int x, int y ); 該函數(shù)被 C 編譯器編譯后在符號(hào)庫(kù)中的名字為 _foo ，而 C++ 編譯器則會(huì)產(chǎn)生像 _foo_int_int 之類的名字（不同的編譯器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的機(jī)制，生成的新名字稱為 mangled name ）；
-
- _foo_int_int 這樣的名字包含了函數(shù)名、函數(shù)參數(shù)數(shù)量及類型信息， C++ 就是靠這種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)重載的。例如，在 C++ 中，函數(shù) void foo( int x, int y ) 與 void foo( int x, float y ) 編譯生成的符號(hào)是不相同的，后者為 _foo_int_float；
-
- 同樣地， C++ 中的變量除支持局部變量外，還支持類成員變量和全局變量，用戶所編寫程序的類成員變量可能與全局變量同名，我們以 . 來(lái)區(qū)分；
-
- 而本質(zhì)上，編譯器在進(jìn)行編譯時(shí)，與函數(shù)的處理相似，也為類中的變量取了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的名字，這個(gè)名字與用戶程序中同名的全局變量名字不同。
- 其次，看看在未加 extern “C” 聲明時(shí)，是如何連接的？
-
- 假設(shè)在 C++ 中，模塊 A 的頭文件如下：
// 模塊A頭文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif
在模塊 B 中引用該函數(shù)：
// 模塊B實(shí)現(xiàn)文件 moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(2,3);
-
- 實(shí)際上，在連接階段，連接器會(huì)從模塊 A 生成的目標(biāo)文件 moduleA.obj 中尋找 _foo_int_int 這樣的符號(hào)！，對(duì)于上面的例子，如果 B 模塊是 C 程序，而A模塊是 C++ 庫(kù)頭文件的話，會(huì)導(dǎo)致鏈接錯(cuò)誤；
-
- 同理，如果 B 模塊是 C++ 程序，而 A 模塊是 C 庫(kù)的頭文件也會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。
- 再者，看看加 extern “C” 聲明后的編譯和連接方式：
-
- 加 extern “C” 聲明后，模塊 A 的頭文件變?yōu)椋?/li>
// 模塊A頭文件?moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif
-
- 在模塊 B 的實(shí)現(xiàn)文件中仍然調(diào)用 foo(2, 3) ，其結(jié)果將會(huì)是 C 語(yǔ)言的編譯連接方式：模塊 A 編譯生成 foo 的目標(biāo)代碼時(shí)，沒(méi)有對(duì)其名字進(jìn)行特殊處理，采用了 C 語(yǔ)言的方式；連接器在為模塊 B 的目標(biāo)代碼尋找 foo(2, 3) 調(diào)用時(shí)，尋找的是未經(jīng)修改的符號(hào)名 _foo；
-
- 如果在模塊 A 中函數(shù)聲明了 foo 為 extern “C” 類型，而模塊 B 中包含的是 extern int foo( int x, int y ) ，則模塊 B 找不到模塊 A 中的函數(shù)(因?yàn)檫@樣的聲明沒(méi)有使用 extern “C” 指明采用C語(yǔ)言的編譯鏈接方式)；反之亦然。
- 綜上可知， extern “C” 這個(gè)聲明的真實(shí)目的，就是實(shí)現(xiàn) C++ 與 C 及其它語(yǔ)言的混合編程。C++ 引用 C 函數(shù)的具體例子 在 C++ 中引用 C 語(yǔ)言中的函數(shù)和變量，在包含 C 語(yǔ)言頭文件（假設(shè)為 cExample.h ）時(shí)，需進(jìn)行下列處理：
extern "C" {
#include "cExample.h"
}
- 因?yàn)椋?C 庫(kù)的編譯當(dāng)然是用 C 的方式生成的，其庫(kù)中的函數(shù)標(biāo)號(hào)一般也是類似前面所說(shuō)的 _foo 之類的形式，沒(méi)有任何參數(shù)信息，所以當(dāng)然在 C++ 中，要指定使用 extern “C” ，進(jìn)行 C 方式的聲明（如果不指定，那么 C++ 中的默認(rèn)聲明方式當(dāng)然是 C++ 方式的，也就是編譯器會(huì)產(chǎn)生 _foo_int_int 之類包含參數(shù)信息的、 C++ 形式的函數(shù)標(biāo)號(hào)，這樣的函數(shù)標(biāo)號(hào)在已經(jīng)編譯好了的、可以直接引用的 C 庫(kù)中當(dāng)然沒(méi)有）。
- 通過(guò)頭文件對(duì)函數(shù)進(jìn)行聲明，再包含頭文件，就能引用到頭文件中聲明的函數(shù)（因?yàn)楹瘮?shù)的實(shí)現(xiàn)在庫(kù)中呢，所以只聲明，然后鏈接就能用了）。而在 C 語(yǔ)言中，對(duì)其外部函數(shù)只能指定為 extern 類型，因?yàn)?C 語(yǔ)言中不支持 extern “C” 聲明，在 .c 文件中包含了 extern “C” 時(shí)，當(dāng)然會(huì)出現(xiàn)編譯語(yǔ)法錯(cuò)誤。
- 如下是一個(gè)具體代碼：
/* c語(yǔ)言頭文件：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);
#endif
/* c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)文件：cExample.c */
#include "cExample.h"
int add(int x, int y) {
return x + y;
}
// c++實(shí)現(xiàn)文件，調(diào)用add：cppFile.cpp
extern "C" {
#include "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[]) {
add(2,3);
return 0;
}
- 如果 C++ 調(diào)用一個(gè) C 語(yǔ)言編寫的 .DLL 時(shí)，在包含 .DLL 的頭文件或聲明接口函數(shù)時(shí)，應(yīng)加 extern “C” {?} 。這個(gè)時(shí)候，其實(shí) extern “C” 是在告訴 C++ ，鏈接 C 庫(kù)的時(shí)候，采用 C 的方式進(jìn)行鏈接（即尋找類似 _foo 的沒(méi)有參數(shù)信息的標(biāo)號(hào)，而不是默認(rèn)的 _foo_int_int 這樣包含了參數(shù)信息的 C++ 標(biāo)號(hào)）。
- C 引用 C++ 函數(shù)的具體例子在 C 中引用 C++ 語(yǔ)言中的函數(shù)和變量時(shí)， C++ 的頭文件需添加 extern “C” ，但是在 C 語(yǔ)言中不能直接引用聲明了 extern “C” 的該頭文件（因?yàn)镃語(yǔ)言不支持 extern “C” 關(guān)鍵字，所以會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤），應(yīng)該僅在 C 文件中用 extern 聲明 C++ 中定義的 extern “C” 函數(shù)，就是 C++ 中用 extern “C” 聲明的函數(shù)。
- 在 C 中用 extern 來(lái)聲明一下，這樣 C 就能引用 C++ 的函數(shù)，但是 C 中是不用用 extern “C” 的。如下所示：
// C++頭文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add(int x, int y);
#endif
// C++實(shí)現(xiàn)文件 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add(int x, int y) {
return x + y;
}
/* C實(shí)現(xiàn)文件 cFile.c
/* 這樣會(huì)編譯出錯(cuò)：#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main(int argc, char* argv[]) {
add(2, 3);
return 0;
}
- 上面的例子， C 實(shí)現(xiàn)文件 cFile.c 不能直接用 #include “cExample.h”= 因?yàn)?=C 語(yǔ)言不支持 extern “C” 關(guān)鍵字。這個(gè)時(shí)候，而在 cppExample.h 中使用 extern “C” 修飾的目的是為了讓 C++ 編譯時(shí)候能夠生成 C 形式的符號(hào)（類似 _foo 不含參數(shù)的形式），然后將其添加到對(duì)應(yīng)的 C++ 實(shí)現(xiàn)庫(kù)中，以便被 C 程序鏈接到。
- 對(duì) __BEGIN_DECLS 和 __END_DECLS 的理解在 C 語(yǔ)言代碼中頭文件中，經(jīng)?？吹匠涑庵旅娴拇a片段：
1. __BEGIN_DECLS
2. .....
3. .....
4. __END_DECLS
- 其實(shí)，這些宏一般都是在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)頭文件中定義好了的，例如當(dāng)前機(jī)器的 sys/cdefs.h 中大致定義如下：
6. #if defined(__cplusplus)
7. #define __BEGIN_DECLS extern "C" {
8. #define __END_DECLS }
9. #else
10. #define __BEGIN_DECLS
11. #define __END_DECLS
12. #endif
- 這目的當(dāng)然是擴(kuò)充 C 語(yǔ)言在編譯的時(shí)候，按照 C++ 編譯器進(jìn)行統(tǒng)一處理，使得 C++ 代碼能夠調(diào)用 C 編譯生成的中間代碼。 由于 C 語(yǔ)言的頭文件可能被不同類型的編譯器讀取，因此寫 C 語(yǔ)言的頭文件必須慎重。因此，extern “C” 只是 C++ 的關(guān)鍵字，不是 C 的所以，如果在 C 程序中引入了 extern “C” 會(huì)導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤。
- 被 extern “C” 修飾的目標(biāo)一般是對(duì)一個(gè) C 或者 C++ 函數(shù)的聲明從源碼上看 extern “C” 一般對(duì)頭文件中函數(shù)聲明進(jìn)行修飾。無(wú)論 C 程序中的還是 cpp 中的頭文件，其函數(shù)聲明的形式都是一樣的（因?yàn)閮烧哒Z(yǔ)法基本一樣），對(duì)應(yīng)聲明的實(shí)現(xiàn)卻可能由于相應(yīng)的程序特性而不同了（C 庫(kù)和 C++ 庫(kù)里面當(dāng)然會(huì)不同）。
- extern “C” 這個(gè)關(guān)鍵字聲明的真實(shí)目的，就是實(shí)現(xiàn) C++ 與 C 及其它語(yǔ)言的混合編程，一旦被 extern “C” 修飾之后，它便以 C 的方式工作，可以實(shí)現(xiàn)在 C 中引用 C++ 庫(kù)的函數(shù)，也可以 C++ 中引用 C 庫(kù)的函數(shù)。
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