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C/C++拾遗之extern "C"

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extern “C”的主要作用是让C++中的函数名字使用C语言的编译处理方式（也就是在编译阶段，确切来说 是汇编阶段不对函数名进行mangle处理），这样就可以让C语言代码能够通过“与C语言兼容的方式声明的头文件”来链接C++编译器生成的二进制格式文件中函数。由于C++支持函数重载，而C语言不支持，C++编译器为了支持函数重载，就需要为同名但参数列表不同的函数名指定一个全局唯一的名字（该名字被称为mangled name），也就是编译阶段的mangle name过程，这些名字通常会包含相应的参数列表类型等，不同的编译器实现不同。
由于有extern的修饰，表示被修饰的变量或函数的对外部文件可见，或其定义来自其他文件中，与static的作用刚好相反。
SOF上的回答：http://stackoverflow.com/questions/1041866/in-c-source-what-is-the-effect-of-extern-c

下面以代码来分析，环境为ubuntu 14.04.4，gcc 4.8.4：
文件较多，一一分析。
文件名：extern_c.h，该头文件显然是可以被C及C++源码包含的，因为里面没有用到C++的高级特性

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//与C语言兼容的函数声明，函数定义放在C++的源代码中
#ifndef EXTERN_C_H
#define EXTERN_C_H
int add(int, int);
char get(char);
int mult(int, int);
#endif /* !EXTERN_C_H */

文件名：divi.h，该文件中包含有不兼容于C语言的头文件，所以这个文件是不能被C源码包含的

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#ifndef DIVI_H
#define DIVI_H
#include <iostream>

float divi(float, float);

#endif /* !DIVI_H */

文件名：extern_add.cpp，该文件中的add函数被声明为extern “C”属性

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extern "C" int add(int x, int y)
{
    return x + y;

}

查看其汇编代码（命令g++ -S extern_add.cpp，汇编文件名为extern_add.s）如下：

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	.file	"extern_add.cpp"
	.text
	.globl	add
	.type	add, @function
add:
.LFB0:
	.cfi_startproc
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movl	%edi, -4(%rbp)
	movl	%esi, -8(%rbp)
	movl	-8(%rbp), %eax
	movl	-4(%rbp), %edx
	addl	%edx, %eax
	popq	%rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE0:
	.size	add, .-add
	.ident	"GCC: (Ubuntu 4.8.4-2ubuntu1~14.04.3) 4.8.4"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits

显示汇编之后的函数add的名字依然是add

文件名：extern_c.cpp，该文件是extern_c.h头文件中声明的函数的定义

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extern "C" {  
//将头文件声明为extern "C"之后，该头文件中声明的所有函数都将在编译时以C语言的方式处理
#include "extern_c.h"
}

extern "C" {    
//此时是否加extern "C"都一样，因为整个头文件都被声明为了extern "C"
    char get(char ch)
    {
        return ch;
    }
}

int mult(int a, int b)   //不需要extern "C"，因为头文件已经被声明为extern "C"
{
    return a * b;
}

float divi(float a, float b)  //未被声明为extern "C" 属性，将无法被C源代码引用
{
    return a / b;
}

对extern_c编译之后读取其符号表内容如下（命令readelf -s extern_c.o）：

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Symbol table '.symtab' contains 11 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
     1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS extern_c.cpp
     2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
     3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    2 
     4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
     5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
     6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
     7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
     8: 0000000000000000    15 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 get
     9: 000000000000000f    19 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 mult
    10: 0000000000000022    42 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 _Z4diviff

从符号表中可以看到被声明为extern “C”的函数get和mult的函数名在汇编之后没有变，这样当C语言代码的链接这个编译之后的文件时才能找到相应的函数get和mult，但找不到div，因为可以看到div在编译之后名字被mangle成为_Z4diviff。（当然通过查看汇编代码也可以清楚地分析到来其作用，因为mangle是在汇编阶段进行的）

文件名：c_test_extern.c，该文件为C语言源代码，用它来链接C++编译生成的可链接的目标文件

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#include "extern_c.h"  //该头文件实际是C++的头文件，里面只有兼容C语言的声明，但由于定义都带有extern "C"， 所以可以引用
#include <stdio.h>

int main(void)
{
    int a = 3, b = 5;
    int a_b_add = add(a, b);
    int a_b_mult = mult(a, b);
    char ch = get(65);
    printf("a + b = %d\na * b = %d\nchar(65) = %c\n", a_b_add, a_b_mult, ch);
    return 0;
}

编译方法：

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g++ -c extern_c.cpp extern_add.cpp  #编译C++源文件
gcc -c c_test_extern.c  #编译C语言源文件
gcc -o c_test_extern extern_c.o extern_add.o c_test_extern.o  #将链接C与C++源文件编译出的可重定位的目标文件，并生成可执行的目标文件c_test_extern

没有任何问题，因为gcc在链接时，由于C++的目标文件在编译时函数名没有被mangle，所以可以正常找到函数名
执行c_test_extern输出为：

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a + b = 8
a * b = 15
char(65) = A

假如在定义add函数的C++文件extern_c.cpp中不声明为extern “C”，则链接会出错，错误内容为：

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c_test_extern.o: In function `main':
c_test_extern.c:(.text+0x21): undefined reference to `add'
collect2: error: ld returned 1 exit status

提示很明显：未定义的引用add，因为add的名字被g++ mangle成其他名字了。

文件名：cpp_test_extern.cpp 用于测试C++引用extern “C”中的函数

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extern "C" {
//由于extern_c.h头文件中的声明的函数在定义时都增加了extern "C"属性，当C++源文件需要
//引用这些函数时都必须声明为extern "C"，否则在链接时由于默认情况下C++汇编器会mangle函数名
//从而导致链接器会以mangle之后的名字去找需要引用的函数，但定义这些函数的源代码
//却是以C语言的方式汇编，即函数名都是原名，从而导致找不到需要引用的函数。
#include "extern_c.h"
}
#include "divi.h"

int main(void)
{
    int a = 3, b = 5;
    int a_b_add = add(a, b);
    int a_b_mult = mult(a, b);
    float a_b_div = divi(a, b);
    char ch = get(65);
    std::cout << "a + b = " << a_b_add << std::endl;
    std::cout << "a * b = " << a_b_mult << std::endl;
    std::cout << "a / b = " << a_b_div << std::endl;
    std::cout << "char(65) = " << ch << std::endl;
    return 0;
}

编译方法：

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g++ -o cpp_test_extern cpp_test_extern.cpp extern_c.cpp extern_add.cpp

运行结果为：

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a + b = 8
a * b = 15
a / b = 0.6
char(65) = A

假如在包含头文件时，不使用extern “C”声明头文件extern_c.h，编译会输出错误：

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cpp_test_extern.o: In function `main':
cpp_test_extern.cpp:(.text+0x22): undefined reference to `add(int, int)'
cpp_test_extern.cpp:(.text+0x34): undefined reference to `mult(int, int)'
cpp_test_extern.cpp:(.text+0x5b): undefined reference to `get(char)'
collect2: error: ld returned 1 exit status

错误意思为： 未定义的引用，即无法找到相应的函数

最后注意extern “C”影响的只是编译器对于编译时函数名的处理方式，并不影响语言特性，也就是说不管带不带extern “C”，代码都是以C++的方式处理，而不是说带了extern “C”的代码就以C语言方式处理。例如对于常量字符，我们知道C语言认为是int型，如’a’，C语言认为其占用4个字节，而C++认为是char型，即1个字节。如下：

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#include<stdio.h>
void cpp_print(void)
{
    char c='a';
    printf("%d %d\n",sizeof(c),sizeof('a'));
}
extern "C" void c_print(void)
{
    char c='a';
    printf("extern_c:%d %d\n",sizeof(c),sizeof('a'));
}

int main()
{
    cpp_print();
    c_print();
    return 0;
}

输出结果为：

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extern_c:1 1

显示都是C++的方式处理的

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