C++ 调用C函数
介绍
在实际开发中，我们经常会遇到需要在C++代码中调用C语言编写的函数库的情况。虽然C++兼容大部分C语言的语法，但由于C++增加了许多新特性（如函数重载），两种语言之间的函数调用并不是直接就能实现的。本文将详细介绍如何在C++程序中正确地调用C语言函数，解释背后的原理，并提供实际的应用示例。
为什么需要特殊处理？
名称修饰（Name Mangling）
C++和C语言在编译器处理函数名称时存在一个重要区别：名称修饰（Name Mangling）。
- C语言：编译器通常直接使用函数的原始名称作为符号名。
- C++：为了支持函数重载等特性，编译器会对函数名进行"修饰"，加入参数类型、命名空间等信息。
例如，在C++中声明的函数：
int add(int a, int b);
可能会被编译器修饰成类似 _Z3addii 这样的符号名。而在C语言中，同样的函数可能就直接是 add。
这种差异导致了C++编译器无法直接找到C语言编译的函数符号，反之亦然。
extern "C" 关键字
为了解决上述问题，C++提供了 extern "C" 声明，它告诉C++编译器："这个函数使用C语言的链接规范，不要对其名称进行C++式的修饰"。
基本语法
extern "C" {
// C函数声明
int add(int a, int b);
void print_hello();
}
或者单个函数声明：
extern "C" int add(int a, int b);
实际案例：C++调用C函数
示例1：基本调用
假设我们有以下C语言编写的函数文件 math_lib.c：
// math_lib.c
#include "math_lib.h"
int add(int a, int b) {
return a + b;
}
double multiply(double a, double b) {
return a * b;
}
对应的头文件 math_lib.h：
// math_lib.h
#ifndef MATH_LIB_H
#define MATH_LIB_H
/* 为了同时兼容C和C++编译器 */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
int add(int a, int b);
double multiply(double a, double b);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif /* MATH_LIB_H */
然后在C++程序中使用：
// main.cpp
#include <iostream>
#include "math_lib.h"
int main() {
int sum = add(5, 3);
double product = multiply(2.5, 4.0);
std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
std::cout << "Product: " << product << std::endl;
return 0;
}
输出：
Sum: 8
Product: 10
注意头文件中的条件编译指令 #ifdef __cplusplus。这确保了头文件既可以被C编译器包含，也可以被C++编译器包含。C++编译器会定义 __cplusplus 宏，而C编译器则不会。
示例2：调用C标准库
虽然大多数C标准库函数可以在C++中直接使用，但这是因为C++标准库已经对它们进行了适当的声明。例如，当你包含 <cstdio> 时，实际上这个头文件内部已经使用了 extern "C"。
如果你需要直接使用C标准库中的函数，可以这样做：
// c_stdlib_demo.cpp
#include <iostream>
extern "C" {
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
}
int main() {
printf("This is a message from C's printf function.\n");
int* arr = (int*)malloc(5 * sizeof(int));
for (int i = 0; i < 5; i++) {
arr[i] = i * 10;
}
std::cout << "Array elements: ";
for (int i = 0; i < 5; i++) {
std::cout << arr[i] << " ";
}
std::cout << std::endl;
free(arr);
return 0;
}
输出：
This is a message from C's printf function.
Array elements: 0 10 20 30 40
实际应用场景
1. 使用C语言编写的库
许多成熟的库是用C语言编写的，例如：
- OpenGL（图形库）
- SQLite（数据库）
- libcurl（网络请求库）
在C++项目中使用这些库时，需要通过 extern "C" 来正确调用它们的函数。
2. 跨平台和性能优化
有时，出于性能考虑或特定平台需求，部分代码可能会使用C语言编写，而主程序使用C++。例如：
- 嵌入式开发中的底层硬件操作
- 某些需要极致性能优化的计算密集型模块
3. 与现有C代码集成
当需要将C++代码与已有的C代码库集成时，正确处理函数调用是必不可少的。
进阶主题
1. 在C++中包装C函数
为了更好地整合C函数到C++代码中，通常会创建C++包装类：
// c_wrapper_example.cpp
extern "C" {
#include <sqlite3.h>
}
class DatabaseWrapper {
private:
sqlite3* db;
public:
DatabaseWrapper(const char* filename) {
sqlite3_open(filename, &db);
}
~DatabaseWrapper() {
sqlite3_close(db);
}
bool execute(const char* sql) {
char* errMsg = nullptr;
int rc = sqlite3_exec(db, sql, nullptr, nullptr, &errMsg);
if (rc != SQLITE_OK) {
// 处理错误...
sqlite3_free(errMsg);
return false;
}
return true;
}
};
2. 回调函数
当C库需要回调函数时，在C++中需要特别注意：
// callback_example.cpp
#include <iostream>
extern "C" {
typedef void (*CallbackFunc)(int);
// 假设这是C库中的函数，它接受一个回调
void register_callback(CallbackFunc func);
}
// C++回调函数需要使用extern "C"声明
extern "C" void cpp_callback(int value) {
std::cout << "Callback received: " << value << std::endl;
}
int main() {
// 注册回调函数
register_callback(cpp_callback);
return 0;
}
名称修饰的实际演示
可以使用工具如 nm (Linux/MacOS) 或 dumpbin (Windows) 来查看编译后的符号名，以直观理解名称修饰的影响：
# 编译C文件
gcc -c c_function.c
# 查看符号
nm c_function.o
# 编译C++文件
g++ -c cpp_function.cpp
# 查看符号
nm cpp_function.o
总结
在C++程序中调用C函数时，关键点包括：
- 理解名称修饰（Name Mangling）机制的差异
- 正确使用
extern "C"声明 - 适当设计头文件以兼容两种语言
- 处理回调函数时需要特别注意
通过正确地处理C和C++之间的函数调用，你可以充分利用两种语言的优势，将现有C库与C++代码无缝集成，或者在需要时使用C语言实现特定的性能关键部分。
练习
- 创建一个C语言编写的简单数学库（包含加、减、乘、除四个函数），然后在C++程序中调用这些函数。
- 尝试在不使用
extern "C"的情况下编译并链接C和C++代码，观察错误信息，理解名称修饰带来的问题。 - 使用
nm或类似工具查看编译后的符号名，比较C和C++编译的差异。
附加资源
- C++标准文档关于链接规范的章节
- 《Effective C++》 by Scott Meyers - 了解更多C++最佳实践
- GCC和Clang文档关于名称修饰的部分