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candc++programming

原作者: [db:作者] 来自: [db:来源] 收藏 邀请

引言

在用C++的项目源码中，经常会不可避免的会看到下面的代码：

 
1 #ifdef __cplusplus
2 extern "C" {
3 #endif
4   
5 /*...*/
6   
7 #ifdef __cplusplus
8 }
9 #endif

它到底有什么用呢，你知道吗？而且这样的问题经常会出现在面试or笔试中。下面我就从以下几个方面来介绍它：

  • 1、#ifdef _cplusplus/#endif _cplusplus及发散
  • 2、extern "C"
    • 2.1、extern关键字
    • 2.2、"C"
    • 2.3、小结extern "C"
  • 3、C和C++互相调用 4、C和C++混合调用特别之处函数指针
    • 3.1、C++的编译和连接
    • 3.2、C的编译和连接
    • 3.3、C++中调用C的代码
    • 3.4、C中调用C++的代码

1、#ifdef _cplusplus/#endif _cplusplus及发散

在介绍extern "C"之前，我们来看下#ifdef _cplusplus/#endif _cplusplus的作用。很明显#ifdef/#endif、#ifndef/#endif用于条件编译，#ifdef _cplusplus/#endif _cplusplus——表示如果定义了宏_cplusplus，就执行#ifdef/#endif之间的语句，否则就不执行。

在这里为什么需要#ifdef _cplusplus/#endif _cplusplus呢？因为C语言中不支持extern "C"声明，如果你明白extern "C"的作用就知道在C中也没有必要这样做，这就是条件编译的作用！在.c文件中包含了extern "C"时会出现编译时错误。

既然说到了条件编译，我就介绍它的一个重要应用——避免重复包含头文件。还记得腾讯笔试就考过这个题目，给出类似下面的代码（下面是我最近在研究的一个开源web服务器——Mongoose的头文件mongoose.h中的一段代码）：

 
01 #ifndef MONGOOSE_HEADER_INCLUDED
02 #define    MONGOOSE_HEADER_INCLUDED
03   
04 #ifdef __cplusplus
05 extern "C" {
06 #endif /* __cplusplus */
07   
08 /*.................................
09  * do something here
10  *.................................
11  */
12   
13 #ifdef __cplusplus
14 }
15 #endif /* __cplusplus */
16   
17 #endif /* MONGOOSE_HEADER_INCLUDED */

然后叫你说明上面宏#ifndef/#endif的作用？为了解释一个问题，我们先来看两个事实：

  • 这个头文件mongoose.h可能在项目中被多个源文件包含 （#include "mongoose.h"），而对于一个大型项目来说，这些冗余可能导致错误，因为一个头文件包含类定义或inline函数，在一个源文件中 mongoose.h可能会被#include两次（如，a.h头文件包含了mongoose.h，而在b.c文件中#include a.h和mongoose.h）——这就会出错（在同一个源文件中一个结构体、类等被定义了两次）。
  • 从逻辑观点和减少编译时间上，都要求去除这些冗余。然而让程序员去分析和去掉这些冗余，不仅枯燥且不太实际，最重要的是有时候又需要这种冗余来保证各个模块的独立。

为了解决这个问题，上面代码中的

#ifndef MONGOOSE_HEADER_INCLUDED
#define    MONGOOSE_HEADER_INCLUDED
/*……………………………*/
#endif /* MONGOOSE_HEADER_INCLUDED */

就起作用了。如果定义了 MONGOOSE_HEADER_INCLUDED，#ifndef/#endif之间的内容就被忽略掉。因此，编译时第一次看到mongoose.h头 文件，它的内容会被读取且给定MONGOOSE_HEADER_INCLUDED一个值。之后再次看到mongoose.h头文件 时，MONGOOSE_HEADER_INCLUDED就已经定义了，mongoose.h的内容就不会再次被读取了。

2、extern "C"

首先从字面上分析extern "C"，它由两部分组成——extern关键字、"C"。下面我就从这两个方面来解读extern "C"的含义。

2.1、extern关键字

在一个项目中必须保证函数、变量、枚举等在所有的源文件中保持一致，除非你指定定义为局部的。首先来一个例子：

 
1 //file1.c:
2     int x=1;
3     int f(){do something here}
4 //file2.c:
5     extern int x;
6     int f();
7     void g(){x=f();}

在file2.c中g()使用的x和f()是定义在file1.c中的。 extern关键字表明file2.c中x，仅仅是一个变量的声明，其并不是在定义变量x，并未为x分配内存空间。变量x在所有模块中作为一种全局变量只 能被定义一次，否则会出现连接错误。但是可以声明多次，且声明必须保证类型一致，如：

 
1 //file1.c:
2     int x=1;
3     int b=1;
4     extern c;
5 //file2.c:
6     int x;// x equals to default of int type 0
7     int f();
8     extern double b;
9     extern int c;

在这段代码中存在着这样的三个错误：

  1. x被定义了两次
  2. b两次被声明为不同的类型
  3. c被声明了两次，但却没有定义

回到extern关键字，extern是C/C++语言中表明函数和全局变量作 用范围（可见性）的关键字，该关键字告诉编译器，其声明的函数和变量可以在本模块或其它模块中使用。通常，在模块的头文件中对本模块提供给其它模块引用的 函数和全局变量以关键字extern声明。例如，如果模块B欲引用该模块A中定义的全局变量和函数时只需包含模块A的头文件即可。这样，模块B中调用模块 A中的函数时，在编译阶段，模块B虽然找不到该函数，但是并不会报错；它会在连接阶段中从模块A编译生成的目标代码中找到此函数。

与extern对应的关键字是 static，被它修饰的全局变量和函数只能在本模块中使用。因此，一个函数或变量只可能被本模块使用时，其不可能被extern “C”修饰。

2.2、"C"

典型的，一个C++程序包含其它语言编写的部分代码。类似的，C++编写的代码片 段可能被使用在其它语言编写的代码中。不同语言编写的代码互相调用是困难的，甚至是同一种编写的代码但不同的编译器编译的代码。例如，不同语言和同种语言 的不同实现可能会在注册变量保持参数和参数在栈上的布局，这个方面不一样。

为了使它们遵守统一规则，可以使用extern指定一个编译和连接规约。例如，声明C和C++标准库函数strcyp()，并指定它应该根据C的编译和连接规约来链接：

 
1 extern "C" char* strcpy(char*,const char*);

注意它与下面的声明的不同之处：

 
1 extern char* strcpy(char*,const char*);

下面的这个声明仅表示在连接的时候调用strcpy()。

extern "C"指令非常有用，因为C和C++的近亲关系。注意：extern "C"指令中的C，表示的一种编译和连接规约，而不是一种语言。C表示符合C语言的编译和连接规约的任何语言，如Fortran、assembler等。

还有要说明的是，extern "C"指令仅指定编译和连接规约，但不影响语义。例如在函数声明中，指定了extern "C"，仍然要遵守C++的类型检测、参数转换规则。

再看下面的一个例子，为了声明一个变量而不是定义一个变量，你必须在声明时指定extern关键字，但是当你又加上了"C"，它不会改变语义，但是会改变它的编译和连接方式。

如果你有很多语言要加上extern "C"，你可以将它们放到extern "C"{ }中。

2.3、小结extern "C"

通过上面两节的分析，我们知道extern "C"的真实目的是实现类C和C++的混合编程。在C++源文件中的语句前面加上extern "C"，表明它按照类C的编译和连接规约来编译和连接，而不是C++的编译的连接规约。这样在类C的代码中就可以调用C++的函数or变量等。（注：我在这里所说的类C，代表的是跟C语言的编译和连接方式一致的所有语言）

3、C和C++互相调用

我们既然知道extern "C"是实现的类C和C++的混合编程。下面我们就分别介绍如何在C++中调用C的代码、C中调用C++的代码。首先要明白C和C++互相调用，你得知道它们之间的编译和连接差异，及如何利用extern "C"来实现相互调用。

3.1、C++的编译和连接

C++是一个面向对象语言（虽不是纯粹的面向对象语言），它支持函数的重载，重载这个特性给我们带来了很大的便利。为了支持函数重载的这个特性，C++编译器实际上将下面这些重载函数：

 
1 void print(int i);
2 void print(char c);
3 void print(float f);
4 void print(char* s);

编译为：

 
1 _print_int
2 _print_char
3 _print_float
4 _pirnt_string

这样的函数名，来唯一标识每个函数。注：不同的编译器实现可能不一样，但是都是利 用这种机制。所以当连接是调用print(3)时，它会去查找_print_int(3)这样的函数。下面说个题外话，正是因为这点，重载被认为不是多 态，多态是运行时动态绑定（“一种接口多种实现”），如果硬要认为重载是多态，它顶多是编译时“多态”。

C++中的变量，编译也类似，如全局变量可能编译g_xx，类变量编译为c_xx等。连接是也是按照这种机制去查找相应的变量。

3.2、C的编译和连接

C语言中并没有重载和类这些特性，故并不像C++那样print(int i)，会被编译为_print_int，而是直接编译为_print等。因此如果直接在C++中调用C的函数会失败，因为连接是调用C中的 print(3)时，它会去找_print_int(3)。因此extern "C"的作用就体现出来了。

3.3、C++中调用C的代码

假设一个C的头文件cHeader.h中包含一个函数print(int i)，为了在C++中能够调用它，必须要加上extern关键字（原因在extern关键字那节已经介绍）。它的代码如下：

 
1 #ifndef C_HEADER
2 #define C_HEADER
3   
4 extern void print(int i);
5   
6 #endif C_HEADER

相对应的实现文件为cHeader.c的代码为：

 
1 #include <stdio.h>
2 #include "cHeader.h"
3 void print(int i)
4 {
5     printf("cHeader %d\n",i);
6 }

现在C++的代码文件C++.cpp中引用C中的print(int i)函数：

 
1 extern "C"{
2 #include "cHeader.h"
3 }
4   
5 int main(int argc,char** argv)
6 {
7     print(3);
8     return 0;
9 }

执行程序输出：

 

3.4、C中调用C++的代码

现在换成在C中调用C++的代码，这与在C++中调用C的代码有所不同。如下在cppHeader.h头文件中定义了下面的代码：

 
1 #ifndef CPP_HEADER
2 #define CPP_HEADER
3   
4 extern "C" void print(int i);
5   
6 #endif CPP_HEADER

相应的实现文件cppHeader.cpp文件中代码如下：

 
1 #include "cppHeader.h"
2   
3 #include <iostream>
4 using namespace std;
5 void print(int i)
6 {
7     cout<<"cppHeader "<<i<<endl;
8 }

在C的代码文件c.c中调用print函数：

 
1 extern void print(int i);
2 int main(int argc,char** argv)
3 {
4     print(3);
5     return 0;
6 }

注意在C的代码文件中直接#include "cppHeader.h"头文件，编译出错。而且如果不加extern int print(int i)编译也会出错。

4、C和C++混合调用特别之处函数指针

当我们C和C++混合编程时，有时候会用一种语言定义函数指针，而在应用中将函数 指针指向另一中语言定义的函数。如果C和C++共享同一中编译和连接、函数调用机制，这样做是可以的。然而，这样的通用机制，通常不然假定它存在，因此我 们必须小心地确保函数以期望的方式调用。

而且当指定一个函数指针的编译和连接方式时，函数的所有类型，包括函数名、函数引入的变量也按照指定的方式编译和连接。如下例：

 
01 typedef int (*FT) (const void* ,const void*);//style of C++
02   
03 extern "C"{
04     typedef int (*CFT) (const void*,const void*);//style of C
05     void qsort(void* p,size_t n,size_t sz,CFT cmp);//style of C
06 }
07   
08 void isort(void* p,size_t n,size_t sz,FT cmp);//style of C++
09 void xsort(void* p,size_t n,size_t sz,CFT cmp);//style of C
10   
11 //style of C
12 extern "C" void ysort(void* p,size_t n,size_t sz,FT cmp);
13   
14 int compare(const void*,const void*);//style of C++
15 extern "C" ccomp(const void*,const void*);//style of C
16   
17 void f(char* v,int sz)
18 {
19     //error,as qsort is style of C
20     //but compare is style of C++
21     qsort(v,sz,1,&compare);
22     qsort(v,sz,1,&ccomp);//ok
23       
24     isort(v,sz,1,&compare);//ok
25     //error,as isort is style of C++
26     //but ccomp is style of C
27     isort(v,sz,1,&ccopm);
28 }

注意：typedef int (*FT) (const void* ,const void*)，表示定义了一个函数指针的别名FT，这种函数指针指向的函数有这样的特征：返回值为int型、有两个参数，参数类型可以为任意类型的指针（因为为void*）。

最典型的函数指针的别名的例子是，信号处理函数signal，它的定义如下：

 
1 typedef void (*HANDLER)(int);
2 HANDLER signal(int ,HANDLER);

上面的代码定义了信函处理函数signal，它的返回值类型为HANDLER，有两个参数分别为int、HANDLER。 这样避免了要这样定义signal函数：

 
1 void (*

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