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C++中extern C含義深層探索

1.引言

　　C++語言的創建初衷是“a better C”，但是這並不意味著C++中類似C語言的全域變數和函數所採用的編譯和連接方式與C語言完全相同。作為一種欲與C相容的語言，C++保留了一部分過程式語言的特點（被世人稱為“不徹底地物件導向”），因而它可以定義不屬於任何類的全域變數和函數。但是，C++畢竟是一種物件導向的程式設計語言，為了支援函數的重載，C++對全域函數的處理方式與C有明顯的不同。

　　2.從標準標頭檔說起

　　某企業曾經給出如下的一道面試題：

　　面試題
　　為什麼標準標頭檔都有類似以下的結構？

　　分析
　　顯然，標頭檔中的編譯宏“#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif” 的作用是防止該標頭檔被重複引用。

　　那麼

　　的作用又是什麼呢？我們將在下文一一道來。

3.深層揭密extern "C"

　　extern "C" 包含雙重含義，從字面上即可得到：首先，被它修飾的目標是“extern”的；其次，被它修飾的目標是“C”的。讓我們來詳細解讀這兩重含義。

　　被extern "C"限定的函數或變數是extern類型的；

　　extern是C/C++語言中表明函數和全域變數作用範圍（可見性）的關鍵字，該關鍵字告訴編譯器，其聲明的函數和變數可以在本模組或其它模組中使用。記住，下列語句：

　　僅僅是一個變數的聲明，其並不是在定義變數a，並未為a分配記憶體空間。變數a在所有模組中作為一種全域變數只能被定義一次，否則會出現連接錯誤。

　　通常，在模組的標頭檔中對本模組提供給其它模組引用的函數和全域變數以關鍵字extern聲明。例如，如果模組B欲引用該模組A中定義的全域變數和函數時只需包含模組A的標頭檔即可。這樣，模組B中調用模組A中的函數時，在編譯階段，模組B雖然找不到該函數，但是並不會報錯；它會在連接階段中從模組A編譯生成的目標代碼中找到此函數。

　　與extern對應的關鍵字是static，被它修飾的全域變數和函數只能在本模組中使用。因此，一個函數或變數只可能被本模組使用時，其不可能被extern “C”修飾。

　　被extern "C"修飾的變數和函數是按照C語言方式編譯和連接的；

　　未加extern “C”聲明時的編譯方式

　　首先看看C++中對類似C的函數是怎樣編譯的。

　　作為一種物件導向的語言，C++支援函數重載，而過程式語言C則不支援。函數被C++編譯後在符號庫中的名字與C語言的不同。例如，假設某個函數的原型為：

　　該函數被C編譯器編譯後在符號庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會產生像_foo_int_int之類的名字（不同的編譯器可能生成的名字不同，但是都採用了相同的機制，生成的新名字稱為“mangled name”）。

　　_foo_int_int這樣的名字包含了函數名、函數參數數量及類型資訊，C++就是靠這種機制來實現函數重載的。例如，在C++中，函數void foo( int x, int y )與void foo( int x, float y )編譯生成的符號是不相同的，後者為_foo_int_float。

同樣地，C++中的變數除支援區域變數外，還支援類成員變數和全域變數。使用者所編寫程式的類成員變數可能與全域變數同名，我們以"."來區分。而本質上，編譯器在進行編譯時，與函數的處理相似，也為類中的變數取了一個獨一無二的名字，這個名字與使用者程式中同名的全域變數名字不同。

　　未加extern "C"聲明時的連接方式

　　假設在C++中，模組A的標頭檔如下：

　　在模組B中引用該函數：

　　實際上，在連接階段，連接器會從模組A生成的目的檔案moduleA.obj中尋找_foo_int_int這樣的符號！

　　加extern "C"聲明後的編譯和連接方式

　　加extern "C"聲明後，模組A的標頭檔變為：

　　在模組B的實現檔中仍然調用foo( 2,3 )，其結果是：

　　（1）模組A編譯生成foo的目標代碼時，沒有對其名字進行特殊處理，採用了C語言的方式；

　　（2）連接器在為模組B的目標代碼尋找foo(2,3)調用時，尋找的是未經修改的符號名_foo。

　　如果在模組A中函式宣告了foo為extern "C"類型，而模組B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，則模組B找不到模組A中的函數；反之亦然。

　　所以，可以用一句話概括extern “C”這個聲明的真實目的（任何語言中的任何語法特性的誕生都不是隨意而為的，來源於真實世界的需求驅動。我們在思考問題時，不能只停留在這個語言是怎麼做的，還要問一問它為什麼要這麼做，動機是什麼，這樣我們可以更深入地理解許多問題）：
　　實現C++與C及其它語言的混合程式設計。
　　明白了C++中extern "C"的設立動機，我們下面來具體分析extern "C"通常的使用技巧

4.extern "C"的慣用法

　　（1）在C++中引用C語言中的函數和變數，在包含C語言標頭檔（假設為cExample.h）時，需進行下列處理：

　　而在C語言的標頭檔中，對其外部函數只能指定為extern類型，C語言中不支援extern "C"聲明，在.c檔中包含了extern "C"時會出現編譯語法錯誤。

　　筆者編寫的C++引用C函數例子工程中包含的三個檔的原始程式碼如下：

　　如果C++調用一個C語言編寫的.DLL時，當包括.DLL的標頭檔或聲明介面函數時，應加extern "C" {　}。

　　（2）在C中引用C++語言中的函數和變數時，C++的標頭檔需添加extern "C"，但是在C語言中不能直接引用聲明了extern "C"的該標頭檔，應該僅將C檔中將C++中定義的extern "C"函式宣告為extern類型。
　　筆者編寫的C引用C++函數例子工程中包含的三個檔的原始程式碼如下：