extern "C"用法

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轉自：http://my.oschina.net/harry1990/blog/324200

深度理解extern "C" 

 

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++保留部分面向過程的語言的特點（被世人稱為“不徹底地物件導向”）。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++對全域函數和變數的處理方式與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一道面試題：為什麼標準標頭檔中都有類似以下的結構？

 

        #ifndef __INC_XXX_H__

        #define __INC_XXX_H__

 

        #ifdef __cplusplus

        extern "C" {

        #endif  /* __cplusplus */

 

        /*...*/

 

        #ifdef __cplusplus

        }

        #endif  /* __cplusplus */

 

        #endif  /* __INC_XXX_H__*/

 

    顯然，該檔案中的條件編譯宏“#ifndef __INC_XXX_H__、#define __INC_XXX_H__、#endif”的作用是防止該標頭檔被重複包含，否則編譯時間會發生相關宏被重複定義的編譯錯誤。那麼以下語句的作用又是什麼呢？

 

        #ifdef __cplusplus

        extern "C" {

        #endif

 

        /*...*/

 

        #ifdef __cplusplus

        }

        #endif

 

3. 背景介紹

 

    (1)在.cpp檔案中調用在.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發生串連錯誤。現在假設.c檔案中有一函數：

        void Transfer(int a; char b);

那麼，.cpp檔案中必須用extern "C"聲明該函數後才可以實現調用：

        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在編譯時間就會對其進行名字改編，.c檔案就找不到該函數的原型。假設.cpp檔案中有一函數：

        void Transfer(int a; char b);

但必須用extern "C"來聲明如下：

        extern "C" void Transfer(int a; char b);

.c檔案才可以調用void Transfer(int a; char b)函數。

    總結：extern "C"目的就是：實現C++與C的混合編程。大體上，你可以把extern和include的區別當做是“零售”與“批發”的區別。extern則是零售，而include是批發。

 

4. extern "C"深度理解

 

    其實，對於extern "C"的理解，我們可以“望文生義”地從字面出發，從而得到兩層含義：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"修飾的函數或變數是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，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（一個模組包含兩個檔案：一個.c/.cpp檔案和與其對應的一個.h檔案）的標頭檔中對本模組所要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，會在串連階段從模組A的目標代碼中找到此函數。與extern相對的關鍵字是static，被static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，不可被extern或者extern "C"修飾，並且，最好加上static修飾以實現該對象的隱藏。 

    (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：

    首先看看C++中對函數是怎樣編譯的。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++編譯器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：產生的新名字包含了函數名、參數數量和參數類型等資訊）。C++就是以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。

    ★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源檔案:moduleB.cpp

        #include "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的源檔案中仍然調用foo(2,3)，其結果是：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，foo()函數的產生符號名為_foo；連接器在為模組B的目標代碼尋找foo(2,3)調用時，尋找的也正是符號名_foo。因此，我們可以知道，extern "C"並不等價於extern，比如如果在模組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將找不到模組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的混合編程。

    與此類似，還有extern "FORTRAN"，等等。簡言之，extern "XXX" YYY或extern "XXX" { YYY }的作用就是告訴編譯器：YYY的實現部分按照XXX語言的編譯規則進行編譯。

 

5. extern "C"的習慣用法

 

    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。

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

 

        extern "C" {

        #include "cExample.h"

        }

 

    注意：C語言不支援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標頭檔:cExample.h 

        #ifndef C_EXAMPLE_H

        #define C_EXAMPLE_H

        extern int add(int x,int y);

        #endif

 

        //C源檔案:cExample.c 

        #include "cExample.h"

        int add(int x, int y) {

            return x + y;

        }

 

        //C++源檔案，調用add:cppFile.cpp

        extern "C" {

        #include "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，應該加extern "C" { }。另外，本例其實也可以這樣實現：

 

        //C標頭檔:cExample.h 

        #ifndef C_EXAMPLE_H

        #define C_EXAMPLE_H

 

        #ifdef  __cplusplus

        extern "C" {

        #endif /* __cplusplus */

 

        int add(int x,int y);

 

        #ifdef  __cplusplus

        }

        #endif /* __cplusplus */

 

        #endif /* C_EXAMPLE_H */

 

 

        //C源檔案:cExample.c 

        #include "cExample.h"

        int add(int x, int y) {

            return x + y;

        }

 

        //C++源檔案，調用add:cppFile.cpp

        #include "cExample.h"

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

        {

            add(2,3);

            return 0;

        }

 

    此段代碼與上面的功能完全一樣，但是卻比上面的代碼更好，移植性更高。因為這裡的cExample.h檔案既可以被.c檔案也可以被.cpp檔案調用。而上一段代碼中的cExample.h不具有此性質，或者說調用者需要做更多工作。

    另外，MSDN中關於__cplusplus的描述是“__cplusplus：Defined for C++ programs only”，當編譯器識別出當前編譯檔案為.cpp檔案時會預設定義了宏__cplusplus。    

    (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，應該在.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++源檔案:cppExample.cpp

        #include "cppExample.h"

        int add(int x, int y) {

            return x + y;

        }

 

        //C源檔案:cFile.c（這樣會編譯出錯）

        #include "cExample.h"

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

        {

            add(2,3);

            return 0;

        } 

 

        //C源檔案:cFile.c（這樣會編譯正確）

        extern int add(int x, int y);

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

        {

            add(2,3);

            return 0;

        }

 

 

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