簡介

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?quot;），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++ 對全局函數(shù)的處理方式與 C 有明顯的不同。

本文將介紹如何通過 extern “C” 關(guān)鍵字在 C++ 中支持 C 語言 和 在C語言中如何支持 C++。

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)？

//head.h
#ifndef HEAD_H
#define HEAD_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

    /*...*/

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif /* HEAd_H */

問題分析

• 這個(gè)頭文件head.h可能在項(xiàng)目中被多個(gè)源文件包含（#include “head.h”），而對于一個(gè)大型項(xiàng)目來說，這些冗余可能導(dǎo)致錯(cuò)誤，因?yàn)橐粋€(gè)頭文件包含類定義或inline函數(shù)，在一個(gè)源文件中head.h可能會被#include兩次（如，a.h頭文件包含了head.h，而在b.c文件中#include a.h和head.h）——這就會出錯(cuò)（在同一個(gè)源文件中一個(gè)結(jié)構(gòu)體、類等被定義了兩次）。
• 從邏輯觀點(diǎn)和減少編譯時(shí)間上，都要求去除這些冗余。然而讓程序員去分析和去掉這些冗余，不僅枯燥且不太實(shí)際，最重要的是有時(shí)候又需要這種冗余來保證各個(gè)模塊的獨(dú)立。

為了解決這個(gè)問題，上面代碼中的

#ifndef HEAD_H
#define  HEAD_H
/*……………………………*/
#endif /* HEAD_H */

就起作用了。如果定義了HEAD_H，#ifndef/#endif之間的內(nèi)容就被忽略掉。因此，編譯時(shí)第一次看到head.h頭文件，它的內(nèi)容會被讀取且給定HEAD_H一個(gè)值。之后再次看到head.h頭文件時(shí)，HEAD_H就已經(jīng)定義了，head.h的內(nèi)容就不會再次被讀取了。

那么下面這段代碼的作用又是什么呢？

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

我們將在后面對此進(jìn)行詳細(xì)說明。

關(guān)于 extern “C”

前面的題目中的 __cplusplus 宏，這是C++中已經(jīng)定義的宏，是用來識別編譯器的，也就是說，將當(dāng)前代碼編譯的時(shí)候，是否將代碼作為 C++ 進(jìn)行編譯。

首先從字面上分析extern “C”，它由兩部分組成：extern關(guān)鍵字、“C”。下面我就從這兩個(gè)方面來解讀extern "C"的含義。

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。

extern關(guān)鍵字

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。通常，在模塊的頭文件中對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)，但是并不會報(bào)錯(cuò)；它會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)。

被extern修飾的函數(shù)，需要在編譯階段去鏈接該目標(biāo)文件，并且與extern對應(yīng)的關(guān)鍵字是 static，被static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)，其一般是不可能被extern “C”修飾的。

**注意：**例如語句 extern int a; 僅僅是對變量的聲明，其并不是在定義變量 a ，聲明變量并未為 a 分配內(nèi)存空間。定義語句形式為 int a; 變量 a 在所有模塊中作為一種全局變量只能被定義一次，否則會出現(xiàn)連接錯(cuò)誤。

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。

由于C++和C兩種語言的親密性，并且早期大量的庫都是由C語言實(shí)現(xiàn)的，所以不可避免的會出現(xiàn)在C++程序中調(diào)用C的代碼、C的程序中調(diào)用C++的代碼，但是它們各自的編譯和鏈接的規(guī)則是不同的。

函數(shù)名修飾

1. 由于Windows下vs的修飾規(guī)則過于復(fù)雜，而Linux下gcc的修飾規(guī)則簡單易懂，下面我們使用了gcc演示了這個(gè)修飾后的名字。
2. 通過下面我們可以看出gcc的函數(shù)修飾后名字不變。而g++的函數(shù)修飾后變成【_Z+函數(shù)長度+函數(shù)名+類型首字母】。

分別使用C的編譯器和C++的編譯器去編譯并獲得一個(gè)可執(zhí)行文件

使用C語言（gcc）編譯器編譯后結(jié)果

使用objdump -S 命令查看gcc生成的可執(zhí)行文件：

使用C++編譯器（g++）編譯后結(jié)果

使用objdump -S 命令查看g++生成的可執(zhí)行文件：

**linux：**修飾后的函數(shù)名= _Z + 函數(shù)名長度 + 形參類型首字母，Windows下也是相似的，細(xì)節(jié)上會有所不同，本質(zhì)上都是通過函數(shù)參數(shù)信息去修飾函數(shù)名。

C++的編譯和鏈接方式

采用g++編譯完成后，函數(shù)的名字將會被修飾，編譯器將函數(shù)的參數(shù)類型信息添加到修改后的名字中，因此當(dāng)相同函數(shù)名的函數(shù)擁有不用類型的參數(shù)時(shí)，在g++編譯器看來是不同的函數(shù)，而我們另一個(gè)模塊中想要調(diào)用這些函數(shù)也就必須使用C++的規(guī)則去鏈接函數(shù)（找修飾后的函數(shù)名）才能找到函數(shù)的地址。

C的編譯和鏈接方式

對于C程序，由于不支持重載，編譯時(shí)函數(shù)是未加任何修飾的，而且鏈接時(shí)也是去尋找未經(jīng)修飾的函數(shù)名。

C和C++直接混合編譯時(shí)的鏈接錯(cuò)誤

在C++程序，函數(shù)名是會被參數(shù)類型信息修飾的，這就造成了它們之間無法直接相互調(diào)用。

例如：

print(int)函數(shù)，使用g++編譯時(shí)函數(shù)名會被修飾為 _Z5printi，而使用gcc編譯時(shí)函數(shù)名則仍然是print，如果直接在C++中調(diào)用使用C編譯規(guī)則的函數(shù)，會鏈接錯(cuò)誤，因?yàn)樗鼤ふ?_Z5printi而不是 print。

【C和C++的編譯和鏈接方式的不同】參考：

C++的函數(shù)重載

extern“C”的使用

extern "C"指令非常有用，因?yàn)镃和C++的近親關(guān)系。注意：extern "C"指令中的C，表示的一種編譯和連接規(guī)約，而不是一種語言。

并且extern "C"指令僅指定編譯和連接規(guī)約，并不影響語義，編譯時(shí)仍是一個(gè)C++的程序，遵循C++的類型檢查等規(guī)則。

對于下面的代碼它們之間是有區(qū)別的

extern "C" void Add(int a, int b);
//指定Add函數(shù)應(yīng)該根據(jù)C的編譯和連接規(guī)約來鏈接
extern void Add(int a, int b);
//聲明在Add是外部函數(shù)，鏈接的時(shí)候去調(diào)用Add函數(shù)

如果有很多內(nèi)容要被加上extern “C”，你可以將它們放入extern “C”{ }中。

通過上面的分析，我們知道extern "C"的真實(shí)目的是實(shí)現(xiàn)類C和C++的混合編程，在C++源文件中的語句前面加上extern “C”，表明它按照類C的編譯和連接規(guī)約來編譯和連接，而不是C++的編譯的連接規(guī)約。這樣在類C的代碼中就可以調(diào)用C++的函數(shù)or變量等。

那么混合編譯首先要處理的問題就是要讓我們所寫的C++程序和C程序函數(shù)的編譯時(shí)的修飾規(guī)則和鏈接時(shí)的修飾規(guī)則保持一致。

總共就有下面四種情況，也就是說一個(gè)C的庫，應(yīng)該能同時(shí)被C和C++調(diào)用，而一個(gè)C++的庫也應(yīng)能夠同時(shí)兼容C和C++。

為了展示如上四種情況，我們分別建立一個(gè)C靜態(tài)庫和C++靜態(tài)庫。

C程序調(diào)用C的庫，C++程序調(diào)用C++的庫，這是理所應(yīng)當(dāng)?shù)?，因此我們關(guān)注的問題是如何交叉調(diào)用。

用法舉例

靜態(tài)庫是什么

庫是寫好的現(xiàn)有的，成熟的，可以復(fù)用的代碼。現(xiàn)實(shí)中每個(gè)程序都要依賴很多基礎(chǔ)的底層庫，不可能每個(gè)人的代碼都從零開始，因此庫的存在意義非同尋常

之所以稱為【靜態(tài)庫】，是因?yàn)樵阪溄与A段，會將匯編生成的目標(biāo)文件.o與引用到的庫一起鏈接打包到可執(zhí)行文件中。因此對應(yīng)的鏈接方式稱為靜態(tài)鏈接。

試想一下，靜態(tài)庫與匯編生成的目標(biāo)文件一起鏈接為可執(zhí)行文件，那么靜態(tài)庫必定跟.o文件格式相似。其實(shí)一個(gè)靜態(tài)庫可以簡單看成是一組目標(biāo)文件（.o/.obj文件）的集合，即很多目標(biāo)文件經(jīng)過壓縮打包后形成的一個(gè)文件。靜態(tài)庫特點(diǎn)總結(jié)：

• 靜態(tài)庫對函數(shù)庫的鏈接是放在編譯時(shí)期完成的。
• 程序在運(yùn)行時(shí)與函數(shù)庫再無瓜葛，移植方便。
• 浪費(fèi)空間和資源，因?yàn)樗邢嚓P(guān)的目標(biāo)文件與牽涉到的函數(shù)庫被鏈接合成一個(gè)可執(zhí)行文件。

靜態(tài)庫在程序編譯時(shí)會被連接到目標(biāo)代碼中，程序運(yùn)行時(shí)將不再需要該靜態(tài)庫，因此體積較大

創(chuàng)建C靜態(tài)庫

我們以一個(gè)棧的靜態(tài)庫為例：

首先新建項(xiàng)目Stack_C

新建源文件和頭文件

寫好棧的代碼

注意一定是C程序，即源文件后綴為c

更改輸出文件類型

右鍵項(xiàng)目名稱—>屬性

更改為配置類型為靜態(tài)庫

生成靜態(tài)庫

查看是否生成成功

VS一般在項(xiàng)目路徑下的x64\Debug路徑下：

至此，靜態(tài)庫已經(jīng)可以成功建立了。

再新建一個(gè)項(xiàng)目，寫一個(gè)去調(diào)用該靜態(tài)庫實(shí)現(xiàn)的棧的程序（以括號匹配問題為例）

不過對于VS我們的靜態(tài)庫是默認(rèn)不去使用的，因此我們需要將靜態(tài)庫的路徑和庫的名稱分別添加到庫目錄和依賴項(xiàng)，才能讓程序能去調(diào)用該靜態(tài)庫。

更改鏈接器配置

右鍵項(xiàng)目名—>點(diǎn)擊屬性

“屬性面板“—>”配置屬性”—> “鏈接器”—>”常規(guī)”，附加依賴庫目錄中輸入，靜態(tài)庫所在目錄；

增加庫目錄（路徑為我們剛剛生成的靜態(tài)庫所在的Debug文件夾）

增加附加依賴項(xiàng)

名稱為Stack_C項(xiàng)目生成的靜態(tài)庫名，一般是項(xiàng)目名 + .lib

“屬性面板”—>”配置屬性”—> “鏈接器”—>”輸入”，附加依賴庫中輸入靜態(tài)庫名StaticLibrary.lib。

我們先嘗試使用C程序來調(diào)用該靜態(tài)庫

新建項(xiàng)目

將源文件后綴改為c；包含上Stack_C項(xiàng)目（靜態(tài)庫項(xiàng)目）的頭文件；點(diǎn)擊生成解決方案；

成功生成，說明成功調(diào)用。

嘗試使用C++程序調(diào)用C靜態(tài)庫

• 將源文件后綴改為cpp；
• 頭文件保持不變；
• 點(diǎn)擊生成解決方法

結(jié)果報(bào)錯(cuò)了：

這說明在鏈接的過程中出現(xiàn)了問題，也就是在我們的程序找不到靜態(tài)庫中函數(shù)的地址，原因是我們的靜態(tài)庫是C語言的，沒有對函數(shù)進(jìn)行修飾，但在我們的調(diào)用方是C++程序，在鏈接過程中找的是修飾過的函數(shù)名，因此無法找到函數(shù)的地址。

既然C語言的靜態(tài)庫只能按照C的規(guī)則去編譯這些函數(shù)（即不修飾函數(shù)名），那么我們只要讓C++程序按照C語言的鏈接規(guī)則（即找未經(jīng)修飾的函數(shù)名）去找到函數(shù)名不就解決了？

兩種思路：

• 改變C庫的編譯和鏈接方式為C++規(guī)則；
• 改變C++程序調(diào)用庫函數(shù)的編譯和鏈接方式為C的規(guī)則；

方法1是不行的，因?yàn)镃語言中可沒有extern “C++”這種東西，那么考慮方法2；

這時(shí)我們可以借助extern“C”改變C++程序的鏈接規(guī)則，讓C++去按照C的規(guī)則去找函數(shù)名，即未經(jīng)過任何修飾的函數(shù)名，那就一定能找到函數(shù)的地址，來去正確調(diào)用靜態(tài)庫。

在源文件test.cpp使用extern “C”，去改變包含的頭文件中的函數(shù)的鏈接規(guī)則

//調(diào)用庫的的模塊的頭文件包含
extern "C"
{
	#include"..\..\Stack_C\Stack_C\stack.h"
}
//程序的代碼
//...

那么在test.cpp去鏈接函數(shù)時(shí)，就會直接去找原函數(shù)名。

這樣就解決了。

還有一個(gè)一步到位的解決方法，利用條件編譯，根據(jù)當(dāng)前程序的類型，選擇是否去執(zhí)行extern “C”指令。

• 調(diào)用方是C程序，不做處理；
• 調(diào)用方是C++程序，需要使用extern“C”將程序改為C的鏈接規(guī)則；

//調(diào)用庫的的模塊的頭文件包含
#ifdef __cplusplus//如果是c++程序，就執(zhí)行extern “C”，使用C的鏈接方式，去找未經(jīng)修飾的函數(shù)名
extern "C"{
#endif
#include"..\..\Stack_C\Stack_C\stack.h"
#ifdef __cplusplus
}
#endif
//程序的代碼
//...

但是這樣的處理不太好，我們作為調(diào)用方自然是想可以直接通過頭文件包含的方式去使用庫里的函數(shù)，因此采用下列方法，更改庫的頭文件函數(shù)聲明為：

#ifdef __cplusplus//如果定義了宏__cplusplus就執(zhí)行#ifdef 到 #endif之間的語句
extern "C"
{
#endif
void StackInit(struct Stack* s);
void StackPush(struct Stack* s, DataType x);
void StackPop(struct Stack* s);
DataType StackTop(struct Stack* s);
int StackSize(struct Stack* s);
void StackDestory(struct Stack* s);
bool StackEmpty(struct Stack* s);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

這樣的一段代碼，無論是C++程序還是C程序都可以直接#include就能去調(diào)用該靜態(tài)庫了。

創(chuàng)建C++靜態(tài)庫

步驟和創(chuàng)建C的靜態(tài)庫相同，只不過要將項(xiàng)目中的源文件后綴改為cpp，就會生成一個(gè)C++的靜態(tài)庫，因此不再闡述。

創(chuàng)建完成后，我們?nèi)允褂脛倓偟捻?xiàng)目，并且添加C++靜態(tài)庫路徑到庫目錄，添加C++靜態(tài)庫名稱到附加依賴項(xiàng)，仍然以括號匹配問題為例去調(diào)用該庫。（記得刪除C靜態(tài)庫的庫目錄和附加依賴項(xiàng)，否則我們的程序有可能還會去調(diào)用C的靜態(tài)庫，這樣我們就無法探究如何去調(diào)用C++靜態(tài)庫的問題了）

嘗試使用C程序調(diào)用C++靜態(tài)庫

我們不著急調(diào)用，經(jīng)過先前的經(jīng)驗(yàn)，這里可以判斷，C++的程序去調(diào)用C++的庫一定是沒問題的，但是C程序就不好說了，因此我們要搞定C程序調(diào)用C++庫的情況，先搞清楚它們的差異：

這里的C++程序去調(diào)用函數(shù)是去尋找修飾后的函數(shù)名，C程序是去找未修飾的函數(shù)名，要想讓它們保持一致有兩個(gè)思路：

改變C程序的編譯和鏈方式為C++的規(guī)則；改變C++靜態(tài)庫的編譯方式為C的規(guī)則；

但是方法1是不行的，之前也說過，C語言中沒有extern “C++”這種東西，那么考慮方法2；

對庫的頭文件中的函數(shù)做如下處理：

//用C的規(guī)則去搞庫的編譯和鏈接方式
extern "C"
{
	void StackInit(struct Stack* s);
	void StackPush(struct Stack* s, DataType x);
	void StackPop(struct Stack* s);
	DataType StackTop(struct Stack* s);
	int StackSize(struct Stack* s);
	void StackDestory(struct Stack* s);
	bool StackEmpty(struct Stack* s);
}

那么現(xiàn)在C++的靜態(tài)庫的函數(shù)名都是沒有經(jīng)過修飾的。（C的規(guī)則）

但是我們?nèi)ゾ幾g仍然報(bào)錯(cuò)：

error C2059: 語法錯(cuò)誤:“字符串”

"StackInit”未定義；假設(shè)外部返回int

“StackPush”未定義；假設(shè)外部返回int

“StackEmpty”未定義；假設(shè)外部返回int

“StackTop”未定義；假設(shè)外部返回int

“StackPop”未定義；假設(shè)外部返回int

這是因?yàn)槲覀兪褂肅程序時(shí)也包含了此頭文件，但是C語言中無法識別extern“C”，因此報(bào)錯(cuò)。

我們嘗試使用條件編譯來決定是否使用extern“C”，根據(jù)調(diào)用方的不同改變函數(shù)鏈接規(guī)則：

• 調(diào)用方是C++程序，那么需要使用extern“C”將C++程序的函數(shù)鏈接規(guī)則變?yōu)镃的；
• 調(diào)用方是C程序，不使用extern“C”語句；

因此我們做如下處理，將庫的頭文件中的函數(shù)聲明加上：

#ifdef __cplusplus//如果定義了宏__cplusplus就執(zhí)行#ifdef 到 #endif之間的語句
extern "C"
{
#endif
void StackInit(struct Stack* s);
void StackPush(struct Stack* s, DataType x);
void StackPop(struct Stack* s);
DataType StackTop(struct Stack* s);
int StackSize(struct Stack* s);
void StackDestory(struct Stack* s);
bool StackEmpty(struct Stack* s);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

總結(jié)：C++和C之間的混合編譯，為了消除函數(shù)名修飾規(guī)則不同的的差別，我們需要使用extern ”C“來改變C++的編譯和連接方式。

但這樣問題也隨之而來：

C++的庫就失去了函數(shù)重載的特性，如果庫中有同名函數(shù)，那么就無法正確編譯，因?yàn)榘凑誄的方式去編譯，函數(shù)名會沖突。

如何解決這個(gè)問題呢？

實(shí)際上這個(gè)問題無法解決，一旦選擇了將某個(gè)函數(shù)指定了按照C的方式去編譯鏈接，那么這個(gè)函數(shù)就已經(jīng)失去了重載的特性了，不過Cpp的庫中未被指定按照C的規(guī)則去編譯和鏈接的那些函數(shù)，仍然可以被重載，并且具有C++的一切特性。

因此這個(gè)問題無解，只有通過避免“一刀切”的方法來保護(hù)那些我們想重載的函數(shù)，也就是說一部分庫里的函數(shù)那就是實(shí)現(xiàn)給C程序調(diào)用的，我們就通過extern“C”改變它的編譯和鏈接方式，而對于那些實(shí)現(xiàn)給C++程序調(diào)用的函數(shù)接口，我們不做任何處理，并且不暴露給C程序。

想要實(shí)現(xiàn)上述過程，我們需要在靜態(tài)庫項(xiàng)目中創(chuàng)建兩個(gè)頭文件libc.h和libcpp.h，libc.h聲明那些需要暴露給C程序的函數(shù)接口，并且使用上面介紹的條件編譯和extern“C”，libcpp.h聲明那些暴露給給Cpp程序的函數(shù)接口，這樣兩個(gè)頭文件的函數(shù)的鏈接規(guī)范互不相同，也互不干擾。只需要將lic.h在C程序調(diào)用的地方使用#include 包含，libcpp.h在C++程序調(diào)用的地方使用#include包含即可使用。

因此C++庫中哪個(gè)接口需要暴露給C，我們就用extern“C”修飾哪個(gè)接口。

總之，C的庫可以給C程序和C++程序調(diào)用，而C++庫也可以被C程序和C++程序調(diào)用

如果要滿足這個(gè)庫中所有的函數(shù)都能同時(shí)被C++和C調(diào)用，那么無論是C的庫還是C++的庫，最終這個(gè)庫的編譯和鏈接方式都只能是C的規(guī)范，因?yàn)镃++可以使用C的鏈接規(guī)范但是C不能使用C++的鏈接規(guī)范，也就導(dǎo)致了如果庫的鏈接規(guī)范是C++的，那么無論如何，C程序都無法調(diào)用。

值得一提的是C++程序中的函數(shù)可以使用兩種鏈接規(guī)范，因此我們可以針對函數(shù)的使用場景來選擇該函數(shù)的編譯和鏈接規(guī)范，使得一部分函數(shù)保留C++的特性，但一部分函數(shù)就只能為了兼容C而犧牲C++的特性，想要既兼容C又保留C++的特性，這是做不到的。

到此這篇關(guān)于C++和C的混合編譯的項(xiàng)目實(shí)踐的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++和C混合編譯內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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