C++與C混編

看了兩篇不錯的部落格，粘在下面，做個記錄

由一道面試題說起
面試題:為什麼標準標頭檔都有類似以下的結構？
#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __INCvxWorksh */
分析：
1 顯然，標頭檔中的編譯宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止該標頭檔被重複引用。
2 那麼
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#ifdef __cplusplus
}
#endif
的作用又是什麼呢？
extern "C" 目的：實現C++與C及其它語言的混合編程
1、在cpp檔案中調用c檔案中實現的函數的時候，需要用extern "C"聲明該函數，否則cpp會按名字改編後的
函數名去找該函數而找不到。
cpp檔案調用c檔案中函數如下：
   c檔案中有一函數：
              void Transfer(int a; char b);
   cpp檔案中必須用extern "C"聲明該函數如下才可以實行調用：
            extern "C" void Transfer(int a; char b);
2、在cpp檔案中實現的函數，c檔案若要調用，就必須在cpp檔案中用extern "C"來聲明該函數，否則cpp在編譯過程中就
會對其進行名字改編，c檔案就找不到該函數的原型。
c檔案調用cpp檔案中函數如下：
   cpp檔案中有一函數：
               void Transfer(int a; char b);
   但必須用extern "C"來聲明後，c檔案才可以調用void Transfer(int a; char b)函數。如下：
                extern "C" void Transfer(int a; char b);

關鍵字extern "C"
   extern "C" 包含雙重含義，從字面上即可得到：首先，被它修飾的目標是“extern”的；其次，被它修飾的目標是“C”的。讓我們來詳細解讀這兩重含義:
1 被extern "C"限定的函數或變數是extern類型的；
   extern是C/C++語言中表明函數和全域變數作用範圍（可見度）的關鍵字，該關鍵字告訴編譯器，其聲明的函數和變數可以在本模組或其它模組中使用。通常，在模組的標頭檔中對本模組提供給其它模組引用的函數和全域變數以關鍵字extern聲明。
記住，下列語句：
extern int a;
僅僅是一個變數的聲明，其並不是在定義變數a，並未為a分配記憶體空間。變數a在所有模組中作為一種全域變數只能被定義一次，否則會出現串連錯誤。
    與extern對應的關鍵字是static，被它修飾的全域變數和函數只能在本模組中使用。因此，一個函數或變數只可能被本模組使用時，其不可能被extern “C”修飾。
為了支援函數的重載，C++對全域函數的處理方式與C有明顯的不同
作為一種物件導向的語言，C++支援函數重載，而過程式語言C則不支援。函數被C++編譯後在符號庫中的名字與C語言的不同。
2 被extern "C"修飾的變數和函數是按照C語言方式編譯和串連的；
    未加extern “C”聲明時的編譯方式.
首先看看C++中對類似C的函數是怎樣編譯的。
例如，假設某個函數的原型為：
void foo( int x, int y );
該函數被C編譯器編譯後在符號庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會產生像_foo_int_int之類的名字（不同的編譯器可能產生的名字不同，但是都採用了相同的機制，產生的新名字稱為“mangled name”）。
foo_int_int這樣的名字包含了函數名、函數參數數量及類型資訊，C++就是靠這種機制來實現函數重載的。例如，在C++中，函數void foo( int x, int y )與void foo( int x, float y )編譯產生的符號是不相同的，後者為_foo_int_float。
參考：http://blog.csdn.net/weiqubo/archive/2009/10/16/4681813.aspx

一個例子
前些天，編程式是用到了很久以前寫的C程式，想把裡面的函數利用起來，串連發現出現了找不到具體函數的錯誤：
以下是舊的C程式庫

C的標頭檔
/*-----------c.h--------------*/
#ifndef _C_H_
#define _C_H_
extern int add(int x, int y);
#endif

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

C++的調用
/*-----------cpp.cpp--------------*/
#include "c.h"
void main()
{
        add(1, 0);
}
這樣編譯會產生錯誤cpp.obj : error LNK2001: unresolved external symbol "int __cdecl add(int,int)" ()，原因是找不到add的目標模組。
這才令我想起C++重載的函數命名方式和C函數的命名方式，讓我們回顧一下：C中函數編譯後命名會在函數名前加以"_",比如add函數編譯成obj檔案時的實際命名為_add，而c++命名則不同，為了實現函數重載同樣的函數名add因參數的不同會被編譯成不同的名字
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，不同的編譯器會不同，總之不同的參數同樣的函數名將編譯成不同目標名，以便於函數重載是調用具體的函數。
編譯cpp.cpp中編譯器在cpp檔案中發現add(1, 0);的調用而函式宣告為extern int add(int x, int y);編譯器就決定去找，可惜他找不到，因為C的源檔案把extern int add(int x, int y);編譯成_add了；
為瞭解決這個問題C++採用了extern "C",這就是我們的主題，想要利用以前的C程式庫，那麼你就要學會它，我們可以看以下標準標頭檔你會發現，很多標頭檔都有以下的結構

#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*/

如果我們仿製該標頭檔可以得到：
#ifndef _C_H_
#define _C_H_
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

extern int add(int, int);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _C_H_ */
這樣編譯
/*-----------c.c--------------*/
int add(int x, int y){
return x+y;
}
這時源檔案為*.c，__cplusplus沒有被定義，extern "C" {}這時沒有生效對於C他看到只是extern int add(int, int);
add函數編譯成_add(int, int);
而編譯c++源檔案
/*-----------cpp.cpp--------------*/
#include "c.h"
void main()
{
add(1, 0);
}
這時源檔案為*.cpp,__cplusplus被定義,對於C++他看到的是extern "C" {extern int add(int, int);}編譯器就會知道 add(1, 0);調用的C風格的函數，就會知道去c.obj中找_add(int, int)而不是；
這也就為什麼DLL中常看見extern "C" {}，windows是採用C語言編製他首先要考慮到C可以正確調用這些DLL，而使用者可能會使用C++而extern "C" {}就會發生作用
參考：http://blog.csdn.net/wujian53/archive/2006/05/03/706975.aspx

------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

extern "C" 詳解

1.引言
      C++語言的建立初衷是 “a better C”，但是這並不意味著C++中類似C語言的全域變數和函數所採用的編譯和串連方式與C語言完全相同。作為一種欲與C相容的語言，C++保留了一部分過程式語言的特點（被世人稱為“不徹底地物件導向”），因而它可以定義不屬於任何類的全域變數和函數。但是，C++畢竟是一種物件導向的程式設計語言，為了支援函數的重載，C++對全域函數的處理方式與C有明顯的不同。

2.從標準標頭檔說起

　　某企業曾經給出如下的一道面試題：

　　為什麼標準標頭檔都有類似以下的結構？

   #ifndef __INCvxWorksh

   #define __INCvxWorksh

   #ifdef __cplusplus

   extern "C" {

   #endif

   /*...*/

   #ifdef __cplusplus

   }

   #endif

   #endif /* __INCvxWorksh */

　　分析

　　顯然，標頭檔中的編譯宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止該標頭檔被重複引用。

　　那麼

   #ifdef __cplusplus

   extern "C" {

   #endif

  #ifdef __cplusplus

   }

   #endif

　　的作用又是什麼呢？我們將在下文一一道來。

3. 深層揭密extern "C"

　　extern "C" 包含雙重含義，從字面上即可得到：首先，被它修飾的目標是“extern”的；其次，被它修飾的目標是“C”的。讓我們來詳細解讀這兩重含義。

　　（1）被extern "C" 限定的函數或變數是 extern 類型的；

　　extern是 C/C++語言中表明函數和全域變數作用範圍（可見度）的關鍵字，該關鍵字告訴編譯器，其聲明的函數和變數可以在本模組或其它模組中使用。記住，下列語句：

　　extern int a;

　　僅僅是一個變數的聲明，其並不是在定義變數a，並未為a分配記憶體空間。變數a在所有模組中作為一種全域變數只能被定義一次，否則會出現串連錯誤。

　　通常，在模組的標頭檔中對本模組提供給其它模組引用的函數和全域變數以關鍵字extern聲明。例如，如果模組B欲引用該模組A中定義的全域變數和函數時只需包含模組A的標頭檔即可。這樣，模組B中調用模組A中的函數時，在編譯階段，模組B雖然找不到該函數，但是並不會報錯；它會在串連階段中從模組A編譯產生的目標代碼中找到此函數。

　　與extern對應的關鍵字是static，被它修飾的全域變數和函數只能在本模組中使用。因此，一個函數或變數只可能被本模組使用時，其不可能被extern “C”修飾。

（2）       被extern "C"修飾的變數和函數是按照C語言方式編譯和串連的；

　　未加extern “C”聲明時的編譯方式

　　首先看看C++中對類似C的函數是怎樣編譯的。

　　作為一種物件導向的語言，C++支援函數重載，而過程式語言C則不支援。函數被C++編譯後在符號庫中的名字與C語言的不同。例如，假設某個函數的原型為：

　　void foo( int x, int y );

　　該函數被C編譯器編譯後在符號庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會產生像_foo_int_int之類的名字（不同的編譯器可能產生的名字不同，但是都採用了相同的機制，產生的新名字稱為“mangled name”）。_foo_int_int這樣的名字包含了函數名、函數參數數量及類型資訊，C++就是靠這種機制來實現函數重載的。例如，在C++中，函數void foo( int x, int y )與void foo( int x, float y )編譯產生的符號是不相同的，後者為_foo_int_float。

　　同樣地，C++中的變數除支援局部變數外，還支援類成員變數和全域變數。使用者所編寫程式的類成員變數可能與全域變數同名，我們以"."來區分。而本質上，編譯器在進行編譯時間，與函數的處理相似，也為類中的變數取了一個獨一無二的名字，這個名字與使用者程式中同名的全域變數名字不同。

　　未加extern "C"聲明時的串連方式

　　假設在C++中，模組A的標頭檔如下：

　　// 模組A標頭檔　moduleA.h

　　#ifndef MODULE_A_H

       #define MODULE_A_H

    　　int foo( int x, int y );

　　 #endif

　　在模組B中引用該函數：

// 模組B實現檔案　moduleB.cpp

＃i nclude "moduleA.h"

foo(2,3);

　　實際上，在串連階段，連接器會從模組A產生的目標檔案moduleA.obj中尋找_foo_int_int這樣的符號！

　　加extern "C"聲明後的編譯和串連方式

　　加extern "C"聲明後，模組A的標頭檔變為：

// 模組A標頭檔　moduleA.h

　　#ifndef MODULE_A_H

       #define MODULE_A_H

    　　extern "C" int foo( int x, int y );

　　#endif

　　在模組B的實現檔案中仍然調用foo( 2,3 )，其結果是：

（1）模組A編譯產生foo的目標代碼時，沒有對其名字進行特殊處理，採用了C語言的方式；

（2）連接器在為模組B的目標代碼尋找foo(2,3)調用時，尋找的是未經修改的符號名_foo。

　　如果在模組A中函式宣告了foo為extern "C"類型，而模組B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，則模組B找不到模組A中的函數；反之亦然。

　　所以，可以用一句話概括extern “C”這個聲明的真實目的（任何語言中的任何文法特性的誕生都不是隨意而為的，來源於真實世界的需求驅動。我們在思考問題時，不能只停留在這個語言是怎麼做的，還要問一問它為什麼要這麼做，動機是什麼，這樣我們可以更深入地理解許多問題）：

　　實現C++與C及其它語言的混合編程。

　　明白了C++中extern "C"的設立動機，我們下面來具體分析extern "C"通常的提示。

4. extern "C"的慣用法

（1）在C++中引用C語言中的函數和變數，在包含C語言標頭檔（假設為cExample.h）時，需進行下列處理：

　　extern "C"

　　{
　　　　＃i nclude "cExample.h"

　　}

而在C語言的標頭檔中，對其外部函數只能指定為extern類型，C語言中不支援extern "C"聲明，在.c檔案中包含了extern "C"時會出現編譯語法錯誤。

筆者編寫的C++引用C函數例子工程中包含的三個檔案的原始碼如下：

/* c 語言標頭檔：cExample.h */

#ifndef C_EXAMPLE_H

#define C_EXAMPLE_H

extern int add(int x,int y);

#endif

/* c語言實現檔案：cExample.c */

＃i nclude "cExample.h"

int add( int x, int y )

{

       return x + y;

}

// c++實現檔案，調用add：cppFile.cpp

extern "C"

{

＃i nclude "cExample.h"

}

int main(int argc, char* argv[])

{

       add(2,3);

       return 0;

}

　　如果C++調用一個C語言編寫的.DLL時，當包括.DLL的標頭檔或聲明介面函數時，應加extern "C" {　}。

（2）在C中引用C++語言中的函數和變數時，C++的標頭檔需添加extern "C"，但是在C語言中不能直接引用聲明了extern "C"的該標頭檔，應該僅將C檔案中將C++中定義的extern "C"函式宣告為extern類型。

筆者編寫的C引用C++函數例子工程中包含的三個檔案的原始碼如下：

//C++標頭檔 cppExample.h

#ifndef CPP_EXAMPLE_H

#define CPP_EXAMPLE_H

extern "C" int add( int x, int y );

#endif

//C++實現檔案 cppExample.cpp

＃i nclude "cppExample.h"

int add( int x, int y )

{

       return x + y;

}

/* C實現檔案 cFile.c

/* 這樣會編譯出錯：＃i nclude "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節中所闡述的extern "C"在編譯和串連階段發揮的作用，就能真正理解本節所闡述的從C++引用C函數和C引用C++函數的慣用法。對第4節給出的範例程式碼，需要特別留意各個細節。 

《另一篇文章》
時常在cpp的代碼之中看到這樣的代碼:  

#ifdef __cplusplu* 
extern "C" { 
#endif 

//一段代碼 

#ifdef __cplusplus 
} 
#endif  

　　這樣的代碼到底是什麼意思呢？首先，__cplusplus是cpp中的自訂宏，那麼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，那麼加入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，為了支援重載機制，在編譯產生的彙編碼中，要對函數的名字進行一些處理，加入比如函數的傳回型別等等.而在C中，只是簡單的函數名字而已，不會加入其他的資訊.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"產生的彙編代碼都有哪些變化: 

int f(void) 
{ 
return 1; 
}  

　　在加入extern "C"的時候產生的彙編代碼是: 

.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"之後 

.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  

　　兩段彙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"之後對函數名稱產生的影響，我們繼續我們的討論:為什麼需要使用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，為了支援原來的C代碼和已經寫好C庫，需要在C++中儘可能的支援C，而extern "C"就是其中的一個策略。  
　　試想這樣的情況:一個庫檔案已經用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檔案，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++的方式連結這個C庫檔案的話，那麼就會出現連結錯誤.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的庫檔案。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，但是連結的時候還是需要 
//連結上原來的庫檔案. 
extern void f1(); 

int main() 
{ 
f1(); 

return 0; 
}  

　　通過gcc -c test.cxx -o test.o 產生一個叫test.o的檔案。然後，我們使用gcc test.o f1.o來連結兩個檔案，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，但是實際上連結的庫檔案卻是用C的方式來處理函數的，所以就會出現連結過不去的錯誤:因為連結器找不到函數。 

　　因此，為了在C++代碼中調用用C寫成的庫檔案，就需要用extern "C"來告訴編譯器:這是一個用C寫成的庫檔案，請用C的方式來連結它們。 

　　比如，現在我們有了一個C庫檔案，它的標頭檔是f.h，產生的lib檔案是f.lib，那麼我們如果要在C++中使用這個庫檔案，我們需要這樣寫: 
extern "C" 
{ 
＃i nclude "f.h" 
}  

　　回到上面的問題，如果要改正連結錯誤，我們需要這樣子改寫test.cxx: 

extern "C" 
{ 
extern void f1(); 
} 

int main() 
{ 
f1(); 

return 0; 
}  

　　重新編譯並且連結就可以過去了. 

　　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寫作的庫檔案的一個手段，如果要對編譯器提示使用C的方式來處理函數的話，那麼就要使用extern "C"來說明。