C++中extern “C”含义深层探索

C++中extern “C”含义深层探索
1.引言
C++语言的创建初衷是“a better C”，但是这并不意味着C++中类似C 语言的全局变量
和函数所采用的编译和链接方式与C 语言完全相同。作为一种欲与C 兼容的语言，C++保留了
一部分过程式语言的特点，因而它可以定义不属于任何类的全局变量和函数。但是，C++毕竟
是一种面向对象的程序设计语言，为了支持函数的重载，C++对全局函数的处理方式与C 有明
显的不同。
2.从标准头文件说起
某企业曾经给出如下的一道面试题：
面试题
为什么标准头文件都有类似以下的结构？
#ifndef _TEST_H
#define _TEST_H
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
/*...*/
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* _TEST_H */
分析
显然，头文件中的编译宏“#ifndef _TEST_H、#define _TEST_H、#endif” 的作用是防止
该头文件被重复引用。
那么
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
#ifdef __cplusplus
}
#endif
的作用又是什么呢？
3.深层揭密extern "C"
extern "C" 包含双重含义，从字面上即可得到：首先，被它修饰的目标是“extern”的；
其次，被它修饰的目标是“C”的。让我们来详细解读这两重含义。
被extern "C"限定的函数或变量是extern 类型的；
extern 是C/C++语言中表明函数和全局变量作用范围（可见性）的关键字，该关键字告
诉编译器，其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。记住，下列语句：
extern int a;
仅仅是一个变量的声明，其并不是在定义变量a，并未为a 分配内存空间(特别注意：实
际上现在一般的编译器都会对上述语句作声明处理，但链接器在链接过程中如果没有发现该
变量的定义，一般会在第一次遇到该变量声明的地方，自动定义)。变量a 在所有模块中作为
一种全局变量只能被定义一次，否则会出现连接错误。
通常，在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的函数和全局变量以关键字
extern 声明。例如，如果模块B 欲引用该模块A 中定义的全局变量和函数时只需包含模块A
的头文件即可。这样，模块B 中调用模块A 中的函数时，在编译阶段，模块B 虽然找不到该
函数，但是并不会报错；它会在连接阶段中从模块A 编译生成的目标代码中找到此函数。
与extern 对应的关键字是static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因
此，一个函数或变量只可能被本模块使用时，其不可能被extern “C”修饰。
被extern "C"修饰的变量和函数是按照C 语言方式编译和连接的；
未加extern “C”声明时的编译方式
首先看看C++中对类似C 的函数是怎样编译的。
作为一种面向对象的语言，C++支持函数重载，而过程式语言C 则不支持。函数被C++编
译后在符号库中的名字与C 语言的不同。例如，假设某个函数的原型为：
void foo( int x, int y );
该函数被C 编译器编译后在符号库中的名字为_foo，而C++编译器则会产生像
_foo_int_int 之类的名字（不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，
生成的新名字称为“mangled name”）。
_foo_int_int 这样的名字包含了函数名、函数参数数量及类型信息，C++就是靠这种机制
来实现函数重载的。例如，在C++中，函数void foo( int x, int y )与void foo( int x, float
y )编译生成的符号是不相同的，后者为_foo_int_float。
同样地，C++中的变量除支持局部变量外，还支持类成员变量和全局变量。用户所编写程序的
类成员变量可能与全局变量同名，我们以"."来区分。而本质上，编译器在进行编译时，与函
数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与用户程序中同名的全
局变量名字不同。
未加extern "C"声明时的连接方式
假设在C++中，模块A 的头文件如下：
// 模块A 头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif
在模块B 中引用该函数：
// 模块B 实现文件 moduleB.cpp
＃i nclude "moduleA.h"
foo(2,3);
实际上，在连接阶段，连接器会从模块A 生成的目标文件moduleA.obj 中寻找
_foo_int_int 这样的符号！
加extern "C"声明后的编译和连接方式
加extern "C"声明后，模块A 的头文件变为：
// 模块A 头文件 moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif
在模块B 的实现文件中仍然调用foo( 2,3 )，其结果是：
（1）模块A 编译生成foo 的目标代码时，没有对其名字进行特殊处理，采用了C 语言的
方式；
（2）连接器在为模块B 的目标代码寻找foo(2,3)调用时，寻找的是未经修改的符号名_foo。
如果在模块A 中函数声明了foo 为extern "C"类型，而模块B 中包含的是extern int
foo( int x, int y ) ，则模块B 找不到模块A 中的函数；反之亦然。
所以，可以用一句话概括extern “C”这个声明的真实目的（任何语言中的任何语法特
性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。我们在思考问题时，不能只停留
在这个语言是怎么做的，还要问一问它为什么要这么做，动机是什么，这样我们可以更深入
地理解许多问题）：
实现C++与C 及其它语言的混合编程。
明白了C++中extern "C"的设立动机，我们下面来具体分析extern "C"通常的使用技巧。
4.extern "C"的惯用法
（1）在C++中引用C 语言中的函数和变量，在包含C 语言头文件（假设为cExample.h）
时，需进行下列处理：
extern "C"
{
＃i nclude "cExample.h"
}
而在C 语言的头文件中，对其外部函数只能指定为extern 类型，C 语言中不支持extern
"C"声明，在.c 文件中包含了extern "C"时会出现编译语法错误。
笔者编写的C++引用C 函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：
/* c 语言头文件：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);
#endif
/* c 语言实现文件：cExample.c */
＃i nclude "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
// c++实现文件，调用add：cppFile.cpp
extern "C"
{
＃i nclude "cExample.h"
}
int main(int argc, char* argv[])
{
add(2,3);
return 0;
}
如果C++调用一个C 语言编写的.DLL 时，当包括.DLL 的头文件或声明接口函数时，应加
extern "C" { }。
（2）在C 中引用C++语言中的函数和变量时，C++的头文件需添加extern "C"，但是在C
语言中不能直接引用声明了extern "C"的该头文件，应该仅将C 文件中将C++中定义的extern
"C"函数声明为extern 类型。
笔者编写的C 引用C++函数例子工程中包含的三个文件的源代码如下：
//C++头文件 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
//C++实现文件 cppExample.cpp
＃i nclude "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
return x + y;
}
/* C 实现文件 cFile.c
/* 这样会编译出错：＃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 节中所阐述的extern "C"在编译和连接阶段发挥的作用，就能真正
理解本节所阐述的从C++引用C 函数和C 引用C++函数的惯用法。对第4 节给出的示例代码，
需要特别留意各个细节。