C++中extern “C”含義深層探索

1.引言

　　C++語言的創(chuàng)建初衷是“a better C”，但是這并不意味著C++中類似C語言的全局變量和函數(shù)所采用的編譯和連接方式與C語言完全相同。作為一種欲與C兼容的語言，C++保留了一部分過程式語言的特點(diǎn)（被世人稱為“不徹底地面向?qū)ο?/span>”），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。

2.從標(biāo)準(zhǔn)頭文件說起
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)？

#ifndef __INCvxWorksh
#define __INCvxWorksh
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* __INCvxWorksh */

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
#ifdef __cplusplus
}
#endif

的作用又是什么呢？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(biāo)是“extern”的；其次，被它修飾的目標(biāo)是“C”的。讓我們來詳細(xì)解讀這兩重含義。

　　被extern "C"限定的函數(shù)或變量是extern類型的；

　　extern是C/C++語言中表明函數(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。記住，下列語句：

　　extern int a;

　　僅僅是一個(gè)變量的聲明，其并不是在定義變量a，并未為a分配內(nèi)存空間。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。

　　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語言方式編譯和連接的；

　　未加extern “C”聲明時(shí)的編譯方式

　　首先看看C++中對(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言，C++支持函數(shù)重載，而過程式語言C則不支持。函數(shù)被C++編譯后在符號(hào)庫(kù)中的名字與C語言的不同。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。

　　未加extern "C"聲明時(shí)的連接方式

　　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)！

　　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?/span>

// 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)果是：

　　（1）模塊A編譯生成foo的目標(biāo)代碼時(shí)，沒有對(duì)其名字進(jìn)行特殊處理，采用了C語言的方式；

　　（2）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)；反之亦然。

　　所以，可以用一句話概括extern “C”這個(gè)聲明的真實(shí)目的（任何語言中的任何語法特性的誕生都不是隨意而為的，來源于真實(shí)世界的需求驅(qū)動(dòng)。我們?cè)谒伎紗栴}時(shí)，不能只停留在這個(gè)語言是怎么做的，還要問一問它為什么要這么做，動(dòng)機(jī)是什么，這樣我們可以更深入地理解許多問題）：
　　實(shí)現(xiàn)C++與C及其它語言的混合編程。
　　明白了C++中extern "C"的設(shè)立動(dòng)機(jī)，我們下面來具體分析extern "C"通常的使用技巧。

4.extern "C"的慣用法

　　（1）在C++中引用C語言中的函數(shù)和變量，在包含C語言頭文件（假設(shè)為cExample.h）時(shí)，需進(jìn)行下列處理：

extern "C"
{
#include "cExample.h"
}

　　而在C語言的頭文件中，對(duì)其外部函數(shù)只能指定為extern類型，C語言中不支持extern "C"聲明，在.c文件中包含了extern "C"時(shí)會(huì)出現(xiàn)編譯語法錯(cuò)誤。

　　筆者編寫的C++引用C函數(shù)例子工程中包含的三個(gè)文件的源代碼如下：

/* c語言頭文件：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);
#endif
/* c語言實(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語言編寫的.DLL時(shí)，當(dāng)包括.DLL的頭文件或聲明接口函數(shù)時(shí)，應(yīng)加extern "C" {　}。

　　（2）在C中引用C++語言中的函數(shù)和變量時(shí)，C++的頭文件需添加extern "C"，但是在C語言中不能直接引用聲明了extern "C"的該頭文件，應(yīng)該僅將C文件中將C++中定義的extern "C"函數(shù)聲明為extern類型。
　　筆者編寫的C引用C++函數(shù)例子工程中包含的三個(gè)文件的源代碼如下：

//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;
}

　　如果深入理解了第3節(jié)中所闡述的extern "C"在編譯和連接階段發(fā)揮的作用，就能真正理解本節(jié)所闡述的從C++引用C函數(shù)和C引用C++函數(shù)的慣用法。對(duì)第4節(jié)給出的示例代碼，需要特別留意各個(gè)細(xì)節(jié)。