C和C++混合编程(__cplusplus 与 external "c" 的使用)

2016-12-14 09:52:10来源:http://blog.csdn.net/charlie_2010/article/details/6673545作者:charlie_2010人点击

第七城市


第一种理解
比如说你用C++开发了一个DLL库,为了能够让C语言也能够调用你的DLL输出(Export)的函数,你需要用extern "C"来强制编译器不要修改你的



函数名。



通常,在C语言的头文件中经常可以看到类似下面这种形式的代码:



#ifdef __cplusplus



extern "C" {



#endif



/**** some declaration or so *****/



#ifdef __cplusplus



}



#endif /* end of __cplusplus */



那么,这种写法什么用呢?实际上,这是为了让CPP能够与C接口而采用的一种语法形式。之所以采用这种方式,是因为两种语言之间的一些差



异所导致的。由于CPP支持多态性,也就是具有相同函数名的函数可以完成不同的功能,CPP通常是通过参数区分具体调用的是哪一个函数。在



编译的时候,CPP编译器会将参数类型和函数名连接在一起,于是在程序编译成为目标文件以后,CPP编译器可以直接根据目标文件中的符号名



将多个目标文件连接成一个目标文件或者可执行文件。但是在C语言中,由于完全没有多态性的概念,C编译器在编译时除了会在函数名前面添



加一个下划线之外,什么也不会做(至少很多编译器都是这样干的)。由于这种的原因,当采用CPP与C混合编程的时候,就可能会出问题。假



设在某一个头文件中定义了这样一个函数:



int foo(int a, int b);



而这个函数的实现位于一个.c文件中,同时,在.cpp文件中调用了这个函数。那么,当CPP编译器编译这个函数的时候,就有可能会把这个函数



名改成_fooii,这里的ii表示函数的第一参数和第二参数都是整型。而C编译器却有可能将这个函数名编译成_foo。也就是说,在CPP编译器得



到的目标文件中,foo()函数是由_fooii符号来引用的,而在C编译器生成的目标文件中,foo()函数是由_foo指代的。但连接器工作的时候,它



可不管上层采用的是什么语言,它只认目标文件中的符号。于是,连接器将会发现在.cpp中调用了foo()函数,但是在其它的目标文件中却找不



到_fooii这个符号,于是提示连接过程出错。extern "C" {}这种语法形式就是用来解决这个问题的。本文将以示例对这个问题进行说明。



首先假设有下面这样三个文件:



/* 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



在这个头文件中只定义了一个函数,ThisIsTest()。这个函数被定义为一个外部函数,可以被包括到其它程序文件中。假设ThisIsTest()函数



的实现位于test_extern_c.c文件中:



/* test_extern_c.c */



#include "test_extern_c.h"



int ThisIsTest(int a, int b)



{



return (a + b);



}



可以看到,ThisIsTest()函数的实现非常简单,就是将两个参数的相加结果返回而已。现在,假设要从CPP中调用ThisIsTest()函数:



/* main.cpp */



#include "test_extern_c.h"



#include



#include



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);



}



在这个CPP源文件中,定义了一个简单的类FOO,在其成员函数bar()中调用了ThisIsTest()函数。下面看一下如果采用gcc编译test_extern_c.c



,而采用g++编译main.cpp并与test_extern_c.o连接会发生什么情况:



[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,程序没有任何异常,完全按照预期的方式工作。那么,如果将test_extern_c.h中的extern "C" {}所在的那几行注释掉会怎样呢?



注释后的test_extern_c.h文件内容如下:



/* 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,其它文件不做任何的改变,仍然采用同样的方式编译test_extern_c.c和main.cpp文件:



[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



在编译main.cpp的时候就会出错,连接器ld提示找不到对函数ThisIsTest()的引用。



为了更清楚地说明问题的原因,我们采用下面的方式先把目标文件编译出来,然后看目标文件中到底都有些什么符号:



[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,采用gcc编译了test_extern_c.c之后,在其目标文件test_extern_c.o中的有一个ThisIsTest符号,这个符号就是源文件中定义的



ThisIsTest()函数了。而在采用g++编译了main.cpp之后,在其目标文件main.o中有一个_Z10ThisIsTestii符号,这个就是经过g++编译器“粉



碎”过后的函数名。其最后的两个字符i就表示第一参数和第二参数都是整型。而为什么要加一个前缀_Z10我并不清楚,但这里并不影响我们的



讨论,因此不去管它。显然,这就是原因的所在,其原理在本文开头已作了说明。



那么,为什么采用了extern "C" {}形式就不会有这个问题呢,我们就来看一下当test_extern_c.h采用extern "C" {}的形式时编译出来的目标



文件中又有哪些符号:



[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



注意到这里和前面有什么不同没有,可以看到,在两个目标文件中,都有一个符号ThisIsTest,这个符号引用的就是ThisIsTest()函数了。显



然,此时在两个目标文件中都存在同样的ThisIsTest符号,因此认为它们引用的实际上同一个函数,于是就将两个目标文件连接在一起,凡是



出现程序代码段中有ThisIsTest符号的地方都用ThisIsTest()函数的实际地址代替。另外,还可以看到,仅仅被extern "C" {}包围起来的函数



采用这样的目标符号形式,对于main.cpp中的FOO类的成员函数,在两种编译方式后的符号名都是经过“粉碎”了的。



因此,综合上面的分析,我们可以得出如下结论:采用extern "C" {} 这种形式的声明,可以使得CPP与C之间的接口具有互通性,不会由于语



言内部的机制导致连接目标文件的时候出现错误。需要说明的是,上面只是根据我的试验结果而得出的结论。由于对于CPP用得不是很多,了解



得也很少,因此对其内部处理机制并不是很清楚,如果需要深入了解这个问题的细节请参考相关资料。



第二种理解
时常在cpp的代码之中看到这样的代码:



#ifdef __cplusplus



extern "C" {



#endif



//一段代码



#ifdef __cplusplus



}



#endif



  这样的代码到底是什么意思呢?首先,__cplusplus是cpp中的自定义宏,那么定义了这个宏的话表示这是一段cpp的代码,也就是说,上面



的代码的含义是:如果这是一段cpp的代码,那么加入extern "C"{和}处理其中的代码。



  要明白为何使用extern "C",还得从cpp中对函数的重载处理开始说起。在c++中,为了支持重载机制,在编译生成的汇编码中,要对函数



的名字进行一些处理,加入比如函数的返回类型等等.而在C中,只是简单的函数名字而已,不会加入其他的信息.也就是说:C++和C对产生的函



数名字的处理是不一样的.



  比如下面的一段简单的函数,我们看看加入和不加入extern "C"产生的汇编代码都有哪些变化:



int f(void)



{



return 1;



}



  在加入extern "C"的时候产生的汇编代码是:



.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"之后



.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



  两段汇编代码同样都是使用gcc -S命令产生的,所有的地方都是一样的,唯独是产生的函数名,一个是_f,一个是__Z1fv。



  明白了加入与不加入extern "C"之后对函数名称产生的影响,我们继续我们的讨论:为什么需要使用extern "C"呢?C++之父在设计C++之时



,考虑到当时已经存在了大量的C代码,为了支持原来的C代码和已经写好C库,需要在C++中尽可能的支持C,而extern "C"就是其中的一个策略





  试想这样的情况:一个库文件已经用C写好了而且运行得很良好,这个时候我们需要使用这个库文件,但是我们需要使用C++来写这个新的代



码。如果这个代码使用的是C++的方式链接这个C库文件的话,那么就会出现链接错误.我们来看一段代码:首先,我们使用C的处理方式来写一个



函数,也就是说假设这个函数当时是用C写成的:



//f1.c



extern "C"



{



void f1()



{



return;



}



}



  编译命令是:gcc -c f1.c -o f1.o 产生了一个叫f1.o的库文件。再写一段代码调用这个f1函数:



// test.cxx



//这个extern表示f1函数在别的地方定义,这样可以通过



//编译,但是链接的时候还是需要



//链接上原来的库文件.



extern void f1();



int main()



{



f1();



return 0;



}



  通过gcc -c test.cxx -o test.o 产生一个叫test.o的文件。然后,我们使用gcc test.o f1.o来链接两个文件,可是出错了,错误的提示



是:



test.o(.text + 0x1f):test.cxx: undefine reference to 'f1()'



  也就是说,在编译test.cxx的时候编译器是使用C++的方式来处理f1()函数的,但是实际上链接的库文件却是用C的方式来处理函数的,所



以就会出现链接过不去的错误:因为链接器找不到函数。



  因此,为了在C++代码中调用用C写成的库文件,就需要用extern "C"来告诉编译器:这是一个用C写成的库文件,请用C的方式来链接它们。



  比如,现在我们有了一个C库文件,它的头文件是f.h,产生的lib文件是f.lib,那么我们如果要在C++中使用这个库文件,我们需要这样写



:



extern "C"



{



#include "f.h"



}



  回到上面的问题,如果要改正链接错误,我们需要这样子改写test.cxx:



extern "C"



{



extern void f1();



}



int main()



{



f1();



return 0;



}



重新编译并且链接就可以过去了.



总结



C和C++对函数的处理方式是不同的.extern "C"是使C++能够调用C写作的库文件的一个手段,如果要对编译器提示使用C的方式来处理函数的话,那么就要使用extern "C"来说明。

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