C++ extern "C"

在混合编程的世界中，C++ 和 C 经常需要协同工作。尽管 C++ 是 C 的超集，但由于 C++ 增加了很多新特性（比如名称修饰/名称粉碎机制），直接在 C++ 程序中调用 C 函数或在 C 程序中调用 C++ 函数可能会遇到困难。这时，extern "C" 就成为了连接这两种语言的重要桥梁。

什么是 extern "C"？

extern "C" 是 C++ 中的一个链接规范（linkage specification），它告诉 C++ 编译器按照 C 语言的方式来处理函数名和变量名，即不进行 C++ 特有的名称修饰（name mangling）。

名称修饰（Name Mangling）

C++ 支持函数重载，编译器通过修改函数名（在内部添加额外信息，如参数类型）来区分同名但参数不同的函数。这个过程称为名称修饰或名称粉碎。C 语言不支持函数重载，因此不需要这种机制。

为什么需要 extern "C"？

当你想要在 C++ 代码中调用 C 语言编写的函数，或者希望你的 C++ 函数能被 C 代码调用时，就需要使用 extern "C" 声明。这是因为：

不同的名称修饰机制：C++ 编译器会对函数名进行修饰，而 C 编译器不会。
链接兼容性：没有 extern "C"，链接器将无法正确匹配函数名。
跨语言互操作：使现有的 C 代码库能够与 C++ 代码协同工作。

如何使用 extern "C"

单个函数声明

cpp
extern "C" void my_c_function(int arg);

多个函数声明

cpp
extern "C" {
    void function1(int arg);
    int function2(double arg);
    char* function3(void);
}

在头文件中的常见用法

cpp
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

// C 函数声明
void c_function1(void);
int c_function2(int arg);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

这种写法确保了当头文件被 C++ 编译器包含时，函数声明会被 extern "C" 包围；而当被 C 编译器包含时，extern "C" 部分会被忽略。

实际例子

示例1：C++ 调用 C 函数

假设我们有一个 C 语言编写的数学库：

math_lib.h

c
#ifndef MATH_LIB_H
#define MATH_LIB_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

double add(double a, double b);
double subtract(double a, double b);
double multiply(double a, double b);
double divide(double a, double b);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // MATH_LIB_H

math_lib.c

c
#include "math_lib.h"

double add(double a, double b) {
    return a + b;
}

double subtract(double a, double b) {
    return a - b;
}

double multiply(double a, double b) {
    return a * b;
}

double divide(double a, double b) {
    return a / b;
}

然后，我们可以在 C++ 程序中使用这些函数：

main.cpp

cpp
#include <iostream>
#include "math_lib.h"

int main() {
    double a = 10.5;
    double b = 5.2;
    
    std::cout << "加法: " << add(a, b) << std::endl;
    std::cout << "减法: " << subtract(a, b) << std::endl;
    std::cout << "乘法: " << multiply(a, b) << std::endl;
    std::cout << "除法: " << divide(a, b) << std::endl;
    
    return 0;
}

输出:

加法: 15.7
减法: 5.3
乘法: 54.6
除法: 2.01923

示例2：C 调用 C++ 函数

如果我们想让 C 代码调用 C++ 函数，我们需要将 C++ 函数用 extern "C" 声明：

cpp_functions.h

cpp
#ifndef CPP_FUNCTIONS_H
#define CPP_FUNCTIONS_H

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

void print_message(const char* msg);
int get_length(const char* str);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif // CPP_FUNCTIONS_H

cpp_functions.cpp

cpp
#include "cpp_functions.h"
#include <iostream>
#include <cstring>

// 即使是 C++ 实现，由于有 extern "C"，这些函数可以被 C 代码调用
extern "C" void print_message(const char* msg) {
    std::cout << "消息: " << msg << std::endl;
}

extern "C" int get_length(const char* str) {
    return strlen(str);
}

c_main.c

c
#include <stdio.h>
#include "cpp_functions.h"

int main() {
    print_message("Hello from C!");
    
    const char* text = "C调用C++函数";
    int length = get_length(text);
    
    printf("文本长度: %d\n", length);
    
    return 0;
}

输出:

消息: Hello from C!
文本长度: 17

名称修饰的实际演示

为了更好地理解 extern "C" 的作用，我们可以看看编译器是如何修饰函数名的：

cpp
// 没有使用 extern "C"
void function(int a) { }
void function(double a) { }

// 使用 extern "C"
extern "C" void c_function(int a) { }

如果我们使用工具查看编译后的符号名（比如使用 nm 命令），可能会看到类似以下的输出：

// C++ 修饰后的名称（可能因编译器而异）
_Z8functioni      // function(int)
_Z8functiond      // function(double)

// C 风格的名称
c_function        // extern "C" void c_function(int)

注意事项

不能用于函数重载：由于 C 不支持函数重载，使用 extern "C" 的函数不能被重载。

cpp
extern "C" void func(int);    // 正确
extern "C" void func(double); // 错误! 同一个 extern "C" 命名空间不能有同名函数

类成员函数：不能直接将类的成员函数声明为 extern "C"，因为成员函数隐含了 this 指针。

cpp
class MyClass {
    extern "C" void method(); // 错误! 不能应用于类成员函数
};

全局变量：extern "C" 不仅可以应用于函数，还可以应用于全局变量。

cpp
extern "C" int global_var; // 使用 C 链接规范的全局变量

C++ 特性限制：使用 extern "C" 声明的函数内部仍然可以使用 C++ 特性，但接口必须与 C 兼容。

总结

extern "C" 是 C++ 与 C 语言互操作的重要工具，它通过禁用 C++ 的名称修饰机制，使得 C++ 代码可以调用 C 函数，或者 C 代码可以调用 C++ 函数。在以下情况下，你可能需要使用 extern "C"：

在 C++ 代码中调用 C 语言库函数
创建可以被 C 代码调用的 C++ 库
使用需要 C 接口的系统 API

掌握 extern "C" 的使用将帮助你更好地处理混合语言编程的场景，充分利用两种语言的优势。

练习

创建一个 C++ 类，然后编写一些带有 extern "C" 的包装函数，使 C 代码可以使用该类的功能。
尝试使用 nm 或类似工具查看编译后的函数名，比较使用 extern "C" 前后的区别。
实现一个简单的 C 语言库，然后在 C++ 程序中调用它。

什么是 extern "C"？​

为什么需要 extern "C"？​

如何使用 extern "C"​

单个函数声明​

多个函数声明​

在头文件中的常见用法​

实际例子​

示例1：C++ 调用 C 函数​

示例2：C 调用 C++ 函数​

名称修饰的实际演示​

注意事项​

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