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为什么我们需要在C++中使用extern“C”{#include <foo.h>}?

为什么我们需要使用:

extern "C" {
#include <foo.h>
}

具体来说:

  • 我们什么时候应该使用它?

  • 在编译器/链接器级别发生了什么,需要我们使用它?

  • 如何在编译/链接方面解决了需要我们使用它的问题?

128
Landon

C和C++在表面上相似,但每个编译成一组非常不同的代码。当您使用C++编译器包含头文件时,编译器需要C++代码。但是,如果它是一个C头,则编译器需要将头文件中包含的数据编译为某种格式--C++'ABI'或'应用程序二进制接口',因此链接器会扼杀。这比将C++数据传递给期望C数据的函数更可取。

(为了深入了解真正的细节,C++的ABI通常会“破坏”它们的函数/方法的名称,所以调用printf()而不将原型标记为C函数,C++实际上会生成调用_Zprintf的代码,加上额外的废话。结束。)

所以:当包含一个c头时使用extern "C" {...} - 就这么简单。否则,您将在编译的代码中出现不匹配,并且链接器将会阻塞。但是,对于大多数标头,您甚至不需要extern,因为大多数系统C标头已经考虑到它们可能包含在C++代码中并且已经extern它们的代码。

115
duane

extern“C”确定应如何命名生成的目标文件中的符号。如果声明的函数没有extern“C”,则目标文件中的符号名称将使用C++名称修改。这是一个例子。

鉴于test.C如此:

void foo() { }

在目标文件中编译和列出符号给出:

$ g++ -c test.C
$ nm test.o
0000000000000000 T _Z3foov
                 U __gxx_personality_v0

Foo函数实际上称为“_Z3foov”。该字符串包含返回类型和参数的类型信息等。如果您改为编写test.C,如下所示:

extern "C" {
    void foo() { }
}

然后编译并查看符号:

$ g++ -c test.C
$ nm test.o
                 U __gxx_personality_v0
0000000000000000 T foo

你得到C联动。目标文件中“foo”函数的名称只是“foo”,它没有来自名称修改的所有花哨类型信息。

您通常在extern“C”{}中包含一个标头,如果与它一起使用的代码是使用C编译器编译的,但您尝试从C++调用它。执行此操作时,您告诉编译器标头中的所有声明都将使用C链接。当你链接你的代码时,你的.o文件将包含对“foo”的引用,而不是“_Z3fooblah”,它有希望匹配你链接的库中的任何内容。

大多数现代图书馆都会在这些标题周围放置警卫,以便用正确的链接声明符号。例如在很多标准的标题中你会发现:

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

... declarations ...

#ifdef __cplusplus
}
#endif

这可以确保当C++代码包含标题时,目标文件中的符号与C库中的符号相匹配。你应该只需要在你的C标题周围放置extern“C”{}如果它已经老了并且没有这些警卫。

107
Todd Gamblin

在C++中,您可以拥有共享名称的不同实体。例如,这里是一个名为 foo 的函数列表:

  • A::foo()
  • B::foo()
  • C::foo(int)
  • C::foo(std::string)

为了区分它们,C++编译器将在名为name-mangling或decorating的过程中为每个创建唯一的名称。 C编译器不这样做。此外,每个C++编译器可能会以不同的方式执行此操作。

extern“C”告诉C++编译器不要对大括号内的代码执行任何名称修改。这允许您从C++中调用C函数。

20
Trent

它与不同编译器执行名称修改的方式有关。 C++编译器将以与C编译器完全不同的方式破坏从头文件导出的符号的名称,因此当您尝试链接时,您将收到链接器错误,指出缺少符号。

为了解决这个问题,我们告诉C++编译器以“C”模式运行,因此它以与C编译器相同的方式执行名称修改。完成后,链接器错误是固定的。

14
1800 INFORMATION

我们什么时候应该使用它?

将C库链接到C++目标文件时

在编译器/链接器级别发生了什么,需要我们使用它?

C和C++使用不同的符号命名方案。这告诉链接器在给定库中链接时使用C的方案。

如何在编译/链接方面解决了需要我们使用它的问题?

使用C命名方案可以引用C风格的符号。否则链接器将尝试C++样式的符号,这些符号不起作用。

11
Tony M

C和C++对符号名称有不同的规则。符号是链接器如何知道编译器生成的一个目标文件中对“openBankAccount”函数的调用是对在另一个源文件中由同一个(或兼容的)生成的另一个目标文件中称为“openBankAccount”的函数的引用编译器。这允许您使用多个源文件创建程序,这在处理大型项目时是一种解脱。

在C中,规则非常简单,无论如何符号都在一个名称空间中。因此整数“socks”存储为“socks”,函数count_socks存储为“count_socks”。

使用这个简单的符号命名规则,连接器是为C和其他语言(如C)构建的。所以链接器中的符号只是简单的字符串。

但是在C++中,语言允许您拥有名称空间,多态性以及与这样一个简单规则冲突的各种其他内容。所有六个称为“add”的多态函数都需要有不同的符号,否则其他目标文件将使用错误的符号。这是通过“修改”(这是技术术语)符号的名称来完成的。

将C++代码链接到C库或代码时,您需要使用C编写的任何外部“C”,例如C库的头文件,以告诉C++编译器这些符号名称不会被破坏,而其余的您的C++代码当然必须被破坏,否则将无效。

10
tialaramex

在包含定义函数的头的任何时候都应该使用extern“C”,这些函数驻留在由C编译器编译的文件中,在C++文件中使用。 (许多标准C库可能在其标题中包含此检查,以使开发人员更容易)

例如,如果你有一个包含3个文件的项目,util.c,util.h和main.cpp,并且.c和.cpp文件都是用C++编译器(g ++,cc等)编译的,那么它就不是'真的需要,甚至可能导致链接器错误。如果构建过程对util.c使用常规C编译器,则在包含util.h时需要使用extern“C”。

发生的事情是C++在其名称中编码函数的参数。这就是函数重载的工作原理。所有倾向于发生在C函数中的都是在名称的开头添加下划线(“_”)。如果不使用extern“C”,当函数的实际名称是_DoSomething()或DoSomething()时,链接器将查找名为DoSomething @@ int @ float()的函数。

使用extern“C”通过告诉C++编译器应该查找遵循C命名约定而不是C++约定的函数来解决上述问题。

7
HitScan

C++编译器创建符号名称的方式与C编译器不同。因此,如果您尝试调用驻留在C文件中的函数(编译为C代码),则需要告诉C++编译器它尝试解析的符号名称与默认值不同;否则链接步骤将失败。

6
mbyrne215

extern "C" {}构造指示编译器不对在大括号内声明的名称执行修改。通常,C++编译器“增强”函数名称,以便它们编码有关参数和返回值的类型信息;这称为 错位名称 extern "C"构造可以防止重整。

它通常在C++代码需要调用C语言库时使用。当将C++函数(例如,从DLL)暴露给C客户端时,也可以使用它。

6
Paul Lalonde

这用于解决名称重整问题。 extern C意味着函数采用“扁平”C风格的API。

5
Eric Z Beard

反编译g++生成的二进制文件以查看发生了什么

我正在回答这个问题: 外部“C”在C++中有什么影响? 因为该问题被认为与此问题重复。

main.cpp中

void f() {}
void g();

extern "C" {
    void ef() {}
    void eg();
}

/* Prevent g and eg from being optimized away. */
void h() { g(); eg(); }

用GCC 4.8 Linux _ elf _ output编译:

g++ -c main.cpp

反编译符号表:

readelf -s main.o

输出包含:

Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
  8: 0000000000000000     6 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 _Z1fv
  9: 0000000000000006     6 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 ef
 10: 000000000000000c    16 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 _Z1hv
 11: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND _Z1gv
 12: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND eg

解释

我们看到:

  • efeg存储在与代码中名称相同的符号中

  • 其他符号被破坏了。让我们解开他们:

    $ c++filt _Z1fv
    f()
    $ c++filt _Z1hv
    h()
    $ c++filt _Z1gv
    g()
    

结论:以下两种符号类型都是not mangled:

  • 定义
  • 声明但未定义(Ndx = UND),在链接或运行时从另一个目标文件提供

所以在调用时你需要extern "C"

  • 来自C++的C:告诉g++期望gcc产生的未编码符号
  • 来自C的C++:告诉g++生成要使用的gcc的未编码符号

在extern C中不起作用的东西

很明显,任何需要名称修改的C++特性都无法在extern C中运行:

extern "C" {
    // Overloading.
    // error: declaration of C function ‘void f(int)’ conflicts with
    void f();
    void f(int i);

    // Templates.
    // error: template with C linkage
    template <class C> void f(C i) { }
}

来自C++示例的最小可运行C

为了完整性和newbs,请参阅: 如何在C++项目中使用C源文件?

从C++调用C非常简单:每个C函数只有一个可能的非破坏符号,因此不需要额外的工作。

main.cpp中

#include <cassert>

#include "c.h"

int main() {
    assert(f() == 1);
}

c.h

#ifndef C_H
#define C_H

/* This ifdef allows the header to be used from both C and C++. */
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
int f();
#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

c.C

#include "c.h"

int f(void) { return 1; }

跑:

g++ -c -o main.o -std=c++98 main.cpp
gcc -c -o c.o -std=c89 c.c
g++ -o main.out main.o c.o
./main.out

如果没有extern "C",链接将失败:

main.cpp:6: undefined reference to `f()'

因为g++希望找到一个受损的f,而gcc没有生成。

关于GitHub的例子

来自C示例的最小可运行C++

从中调用C++有点困难:我们必须手动创建我们想要公开的每个函数的非破坏版本。

这里我们说明如何将C++函数重载暴露给C.

main.c中

#include <assert.h>

#include "cpp.h"

int main(void) {
    assert(f_int(1) == 2);
    assert(f_float(1.0) == 3);
    return 0;
}

cpp.h

#ifndef CPP_H
#define CPP_H

#ifdef __cplusplus
// C cannot see these overloaded prototypes, or else it would get confused.
int f(int i);
int f(float i);
extern "C" {
#endif
int f_int(int i);
int f_float(float i);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

#endif

cpp.cpp

#include "cpp.h"

int f(int i) {
    return i + 1;
}

int f(float i) {
    return i + 2;
}

int f_int(int i) {
    return f(i);
}

int f_float(float i) {
    return f(i);
}

跑:

gcc -c -o main.o -std=c89 -Wextra main.c
g++ -c -o cpp.o -std=c++98 cpp.cpp
g++ -o main.out main.o cpp.o
./main.out

没有extern "C",它失败了:

main.c:6: undefined reference to `f_int'
main.c:7: undefined reference to `f_float'

因为g++生成了gcc找不到的错位符号。

关于GitHub的例子

在Ubuntu 18.04中测试过。