C和C++混合編程(__cplusplus 與 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語言的標頭檔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 */

那麼，這種寫法什麼用呢。實際上，這是為了讓CPP能夠與C介面而採用的一種文法形式。之所以採用這種方式，是因為兩種語言之間的一些差

異所導致的。由於CPP支援多態性，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串連在一起，於是在程式編譯成為目標檔案以後，CPP編譯器可以直接根據目標檔案中的符號名

將多個目標檔案串連成一個目標檔案或者可執行檔。但是在C語言中，由於完全沒有多態性的概念，C編譯器在編譯時間除了會在函數名前面添

加一個底線之外，什麼也不會做（至少很多編譯器都是這樣乾的）。由於這種的原因，當採用CPP與C混合編程的時候，就可能會出問題。假

設在某一個標頭檔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於一個.c檔案中，同時，在.cpp檔案中調用了這個函數。那麼，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，這裡的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

到的目標檔案中，foo()函數是由_fooii符號來引用的，而在C編譯器產生的目標檔案中，foo()函數是由_foo指代的。但連接器工作的時候，它

可不管上層採用的是什麼語言，它只認目標檔案中的符號。於是，連接器將會發現在.cpp中調用了foo()函數，但是在其它的目標檔案中卻找不

到_fooii這個符號，於是提示串連過程出錯。extern "C" {}這種文法形式就是用來解決這個問題的。本文將以樣本對這個問題進行說明。

首先假設有下面這樣三個檔案：

/* 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

在這個標頭檔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式檔案中。假設ThisIsTest()函數

的實現位於test_extern_c.c檔案中：

/* 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源檔案中，定義了一個簡單的類FOO，在其成員函數bar()中調用了ThisIsTest()函數。下面看一下如果採用gcc編譯test_extern_c.c

，而採用g++編譯main.cpp並與test_extern_c.o串連會發生什麼情況：

[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，程式沒有任何異常，完全按照預期的方式工作。那麼，如果將test_extern_c.h中的extern "C" {}所在的那幾行注釋掉會怎樣呢。

注釋後的test_extern_c.h檔案內容如下：

/* 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，其它檔案不做任何的改變，仍然採用同樣的方式編譯test_extern_c.c和main.cpp檔案：

[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，我們採用下面的方式先把目標檔案編譯出來，然後看目標檔案中到底都有些什麼符號：

[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，採用gcc編譯了test_extern_c.c之後，在其目標檔案test_extern_c.o中的有一個ThisIsTest符號，這個符號就是源檔案中定義的

ThisIsTest()函數了。而在採用g++編譯了main.cpp之後，在其目標檔案main.o中有一個_Z10ThisIsTestii符號，這個就是經過g++編譯器“粉

碎”過後的函數名。其最後的兩個字元i就表示第一參數和第二參數都是整型。而為什麼要加一個首碼_Z10我並不清楚，但這裡並不影響我們的

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。

那麼，為什麼採用了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採用extern "C" {}的形式時編譯出來的目標

檔案中又有哪些符號：

[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

注意到這裡和前面有什麼不同沒有，可以看到，在兩個目標檔案中，都有一個符號ThisIsTest，這個符號引用的就是ThisIsTest()函數了。顯

然，此時在兩個目標檔案中都存在同樣的ThisIsTest符號，因此認為它們引用的實際上同一個函數，於是就將兩個目標檔案串連在一起，凡是

出現程式碼段中有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

採用這樣的目標符號形式，對於main.cpp中的FOO類的成員函數，在兩種編譯方式後的符號名都是經過“粉碎”了的。

因此，綜合上面的分析，我們可以得出如下結論：採用extern "C" {} 這種形式的聲明，可以使得CPP與C之間的介面具有互連性，不會由於語

言內部的機制導致串連目標檔案的時候出現錯誤。需要說明的是，上面只是根據我的實驗結果而得出的結論。由於對於CPP用得不是很多，瞭解

得也很少，因此對其內部處理機制並不是很清楚，如果需要深入瞭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"

{

#include "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。