C++中的extern “C”用法详解

简单来说，extern “C”是C++声明或定义C语言符号的方法，是为了与C兼容。说来容易，要理解起来还是得费些周折，首先我们要从C++和C的区别说起。

符号

大家都知道，从代码到可执行程序需要经过编译和链接两个过程，其中编译阶段会做语法检测，代码展开，另外它还会做一件事，就是将变量转成符号，链接的时候其实是通过符号来定位的。编译器在编译C和C++代码时，将变量转成符号的过程是不同的。本文所使用的编译器为gcc4.4.7

我们先来看一段简单的代码

/* hello.c */  
#include <stdio.h>  
  
const char* g_prefix = "hello ";  
  
void hello(const char* name)  
{  
    printf("%s%s", g_prefix, name);  
}

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注意，这里的文件名为hello.c，我们执行编译gcc -c hello.c得到目标文件hello.o，在Linux下用nm查看目标文件的符号表得到如下结果($符号代表shell命令提示符)

$ nm hello.o  
0000000000000000 D g_prefix  
0000000000000000 T hello  
                 U printf

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这是C代码编译后的符号列表，其中第三列为编译后的符号名，我们主要看自己定义的全局变量g_prefix和函数hello，它们的编译后的符号名和代码里的名字是一样的。我们将hello.c重命名为hello.cpp，重新编译gcc -c hello.cpp得到hello.o，在用nm查看，结果如下

0000000000000000 T _Z5helloPKc  
                 U __gxx_personality_v0  
0000000000000000 D g_prefix  
                 U printf

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这是C++代码编译后的符号列表，gcc会自动根据文件后缀名来识别C和C++代码，这时我们发现g_prefix的符号没变，但函数hello的符号变成了_Z5helloPKc，这就说明gcc在编译C和C++代码时处理方式是不一样的，对于C代码，变量的符号名就是变量本身（在早期编译器会为C代码变量前加下划线_，现在默认都不会了，在编译时可以通过编译选项-fno-leading-underscore和-fleading-underscore来显式设置），而对于C++代码，如果是数据变量并且没有嵌套，符号名也是本身，如果变量名有嵌套（在名称空间或类里）或者是函数名，符号名就会按如下规则来处理

1、符号以_Z开始
2、如果有嵌套，后面紧跟N，然后是名称空间、类、函数的名字，名字前的数字是长度，以E结尾
3、如果没嵌套，则直接是名字长度后面跟着名字
4、最后是参数列表，类型和符号对应关系如下

    int    -> i  
    float  -> f  
    double -> d  
    char   -> c  
    void   -> v  
    const  -> K  
    *      -> P

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这样就很好理解为什么C++代码里的void hello(const char*)编译之后符号为_Z5helloPKc（PKc翻译成类型要从右到左翻译为char const *，这是编译器内部的表示方式，我们习惯的表示方式是const char*，两者是一样的），c++filt工具可以从符号反推名字，使用方法为c++filt _Z5helloPKc

这样也很容易理解为什么C++支持函数重载而C不支持了，因为C++将函数修饰为符号时把函数的参数类型加进去了，而C却没有，所以在C++下，即便函数名相同，只要参数不同，它们的符号名是不会冲突的。我们可以通过下面一个例子来验证变量名和符号的这种关系。

/ * filename : test.cpp */  
#include <stdio.h>  
  
namespace myname  
{  
    int var = 42;  
}  
  
extern int _ZN6myname3varE;  
  
int main()  
{  
    printf("%d\n", _ZN6myname3varE);  
    return 0;  
}

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这里我们在名称空间namespace定义了全局变量var，根据前面的内容，它会被修饰为符号_ZN6myname3varE，然后我们手动声明了外部变量_ZN6myname3varE并将其打印出来。编译并运行，它的值正好就是var的值

$ gcc test.cpp -o test -lstdc++  
$ ./test  
42

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extern "C"

有了符号的概念我们再来看extern “C”的用法就很容易了

extern "C"  
{  
    int func(int);  
    int var;  
}

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它的意思就是告诉编译器将extern “C”后面的括号里的代码当做C代码来处理，当然我们也可以以单条语句来声明

extern "C" int func(int);  
extern "C" int var;

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这样就声明了C类型的func和var。很多时候我们写一个头文件声明了一些C语言的函数，而这些函数可能被C和C++代码调用，当我们提供给C++代码调用时，需要在头文件里加extern “C”，否则C++编译的时候会找不到符号，而给C代码调用时又不能加extern “C”，因为C是不支持这样的语法的，常见的处理方式是这样的，我们以C的库函数memset为例

#ifdef __cplusplus  
extern "C" {  
#endif  
  
void *memset(void*, int, size_t);  
  
#ifdef __cplusplus  
}  
#endif

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其中__cplusplus是C++编译器定义的一个宏，如果这份代码和C++一起编译，那么memset会在extern "C"里被声明，如果是和C代码一起编译则直接声明，由于__cplusplus没有被定义，所以也不会有语法错误。这样的技巧在系统头文件里经常被用到。

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