C++中的extern "C"用法详解

简介

在C++中，存在着C和C++的二进制兼容性问题，即C++编译后的函数名与C编译后的函数名不一样。这会导致当我们在头文件中声明一个C++函数的时候，在C语言中无法使用这个函数。所以我们需要在C++ 中使用 extern "C" 关键字声明特定函数，以便在 C++ 环境下使用 C 标准程序声明及定义的函数。

用法

使用 extern "C" 关键字前需要知道两个概念：

• 名称修饰：C++ 编译器对函数名的处理是以一种叫做“名称修饰（Name Mangling）”的方式来实现的，这种方式的本质是在函数名前面加上符号“_”或者类似于“_Z”的字符来实现的。而在C语言中，由于不存在像C++中的函数重载等机制，所以编译器对函数名不做任何修饰。
• 函数签名：函数签名是指函数的类型信息，包括函数类型、参数列表、参数类型和返回类型等信息。

由于名称修饰的存在，我们定义的函数名与C语言的原型并不一致。通过 extern "C" 关键字，我们可以将名称修饰去掉，使得C语言可以调用这个函数并链接成功。

下面我们来看看 extern "C" 的使用例子。

示例1：在C++代码中定义函数并在C中使用

假设我们在C++中有以下代码：

// Sum.cpp
#include <iostream>
#include "sum.h"

int sum(int a, int b) {
  std::cout << "Sum function in C++ is being called." << std::endl;
  return a + b;
}

其中，头文件 sum.h 的内容为：

// sum.h
#ifndef SUM_H
#define SUM_H

extern "C" int sum(int a, int b);

#endif

在我们编写完以上代码后，在C语言中可以通过 below 的方式调用：

// main.c
#include <stdio.h>
#include "sum.h"

int main(void) {
  int result = sum(1, 2);
  printf("%d\n", result);
  return 0;
}

则在链接的时候会提示找不到sum函数的符号，这个时候使用 extern "C" 来解决。

// Sum.cpp
#include <iostream>
#include "sum.h"

// 添加 extern "C" 修饰符
extern "C" {
  int sum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum function in C++ is being called." << std::endl;
    return a + b;
  }
}

将 Sum.cpp 重新编译，并且在相应C编译器的编译选项(-I选项)中添加 sum.h 的头文件路径，即可在C中使用。

示例2：C++和C通过动态库进行交互

前面一节只是简单地通过头文件来解决问题。我们还可以通过动态库(或称为共享库)的方式，将需要提供C语言调用的接口打包成一个动态库，让C语言程序调用该动态库，以进行功能的扩展。

在这里我们同样以 sum 函数为例，来展示C++和C之间通过动态库进行交互的方法。

// Sum.cpp
#include <iostream>

extern "C" {
  int getSum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum function in dynamic library is being called." << std::endl;
    return a + b;
  }
}

在这里，我们将 getSum 作为动态库中的函数提供给C语言调用。

接下来，我们先将 getSum 字符串名称修饰去掉：

// Sum.cpp
#include <iostream>

extern "C" {
  // 去掉名称修饰
  __declspec(dllexport) int __stdcall getSum(int a, int b) {
    std::cout << "Sum function in dynamic library is being called." << std::endl;
    return a + b;
  }
}

其中，__declspec(dllexport) 是 Windows 下的一个关键字(类似于 __attribute__((visibility("default")))，用于指定该函数导出的符号)，因为动态库在编译的时候需要明确地指定导出和导入，这也是和静态库最大区别。

接下来，我们可以通过以下步骤来实现动态库的编译，以及C语言程序的调用：

1.编译 Sum.cpp，产生 Sum.obj 文件：

> g++ Sum.cpp -fPIC -c -o Sum.o

其中，-fPIC 表示生成位置独立的代码，防止反汇编时找不到详细地址等信息。

2.使用下列命令将 Sum.obj 文件生成动态库文件 libsum.so：

> g++ -shared -o libsum.so Sum.o

3.编写C程序，调用动态库：

// main.c
#include <stdio.h>
#include <dlfcn.h>

int main() {

    void *dlib = dlopen("./libsum.so", RTLD_NOW);

    if (dlib == NULL) {
        fprintf(stderr, dlerror()); 
        exit(1);
    }

    typedef int (*funcptr)(int, int);

    funcptr func = (funcptr)dlsym(dlib, "getSum");

    printf("%d\n", (*func)(1, 2));

    dlclose(dlib);

    return 0;
}

其中， dlfcn.h头文件包含了动态链接库的头文件，dlopen 函数可以用来打开动态库，dlsym函数的参数 getSum 是动态库中提供给C语言的函数名，dlclose 是关闭链接。

通过上述步骤，我们实现了C++和C之间通过动态库进行交互的方法。

结论

通过在C++中使用 extern "C" 关键字，我们可以在C++环境下使用C标准程序声明及定义的函数，并且可以通过动态库的方式提供给C语言进行调用。通过多种实例的讲解，相信读者已经对C++中的 extern "C" 用法有了更为详细的理解。