C++中extern关键字的使用

前言

​ C++ 是一种支持多范式的编程语言，它既可以实现面向对象的编程，也可以实现泛型编程和函数式编程。C++ 还具有与C语言的兼容性，可以方便地调用C语言的库函数和模块。但是，C++ 和C语言在编译和链接的过程中有一些区别，这就需要我们使用 extern 关键字来解决一些问题。本文将介绍 extern 关键字的作用和用法，以及如何在 C++ 中调用C函数和在C中调用 C++ 函数的方法和注意事项。

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正文

1. C++与C编译区别

在C++中常在头文件见到extern "C"修饰函数，那有什么作用呢？ 是用于C++链接在C语言模块中定义的函数。

C++虽然兼容C，但C++文件中函数编译后生成的符号与C语言生成的不同。因为C++支持函数重载，C++函数编译后生成的符号带有函数参数类型的信息，而C则没有。

例如int add(int a, int b)函数经过C++编译器生成.o文件后，add会变成形如add_int_int之类的, 而C的话则会是形如_add, 就是说：相同的函数，在C和C++中，编译后生成的符号不同。

这就导致一个问题：如果C++中使用C语言实现的函数，在编译链接的时候，会出错，提示找不到对应的符号。此时extern "C"就起作用了：告诉链接器去寻找_add这类的C语言符号，而不是经过C++修饰的符号。

2. C++调用C函数

C++调用C函数的例子: 引用C的头文件时，需要加extern "C"

//add.h
#ifndef ADD_H
#define ADD_H
int add(int x,int y);
#endif

//add.c
#include "add.h"

int add(int x,int y) {
    return x+y;
}

//add.cpp
#include <iostream>
#include "add.h"
using namespace std;
int main() {
    add(2,3);
    return 0;
}

编译：

//创建 add.o 文件
gcc -c add.c

链接：

g++ add.cpp add.o -o main

没有添加extern “C” 报错：

> g++ add.cpp add.o -o main                                   
add.o：在函数‘main’中：
add.cpp:(.text+0x0): `main'被多次定义
/tmp/ccH65yQF.o:add.cpp:(.text+0x0)：第一次在此定义
/tmp/ccH65yQF.o：在函数‘main’中：
add.cpp:(.text+0xf)：对‘add(int, int)’未定义的引用
add.o：在函数‘main’中：
add.cpp:(.text+0xf)：对‘add(int, int)’未定义的引用
collect2: error: ld returned 1 exit status

添加extern "C"后：

add.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
extern "C" 
{
    #include "add.h"
}
int main() {
    std::cout << add(2, 3) << std::endl;
    return 0;
}

编译的时候一定要注意，先通过gcc生成中间文件add.o。

gcc -c add.c 

然后编译：

g++ add.cpp add.o -o main

通常为了C代码能够通用，即既能被C调用，又能被C++调用，头文件通常会有如下写法：

#ifdef __cplusplus
extern "C"
{
#endif
int add(int x,int y);
#ifdef __cplusplus
}
#endif

即在C++调用该接口时，会以C接口的方式调用。这种方式使得C++者不需要额外的extern C，而标准库头文件通常也是类似的做法，否则你为何不需要extern C就可以直接使用 stdio.h 中的C函数呢？

3. C中调用C++函数

extern "C"在C中是语法错误，需要放在C++头文件中。

// add.h
#ifndef ADD_H
#define ADD_H
extern "C" 
{
    int add(int x,int y);
}
#endif

// add.cpp
#include "add.h"

int add(int x,int y) {
    return x+y;
}

// add.c
extern int add(int x,int y);
int main() {
    add(2,3);
    return 0;
}

编译：

g++ -c add.cpp

链接：

gcc add.c add.o -o main

综上，总结出使用方法，在C语言的头文件中，对其外部函数只能指定为extern类型，C语言中不支持extern "C"声明，在.c文件中包含了extern "C"时会出现编译语法错误。所以使用extern "C"全部都放在于cpp程序相关文件或其头文件中。

总结出如下形式：

（1）C++调用C函数：

//xx.h
extern int add(...)

//xx.c
int add(){
    
}

//xx.cpp
extern "C" {
    #include "xx.h"
}

（2）C调用C++函数

//xx.h
extern "C"{
    int add();
}
//xx.cpp
int add(){
    
}
//xx.c
extern int add();

不过与C++调用C接口不同，C++确实是能够调用编译好的C函数，而这里C调用C++，不过是把C++代码当成C代码编译后调用而已。也就是说，C并不能直接调用C++库函数。

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总结

​ 本文介绍了extern关键字的作用和用法，以及如何在C++中调用C函数和在C中调用C++函数的方法和注意事项。extern关键字可以帮助我们解决C++和C语言在编译和链接时的符号不匹配的问题，使得我们可以方便地使用C语言的库函数和模块。但是，我们也要注意一些细节，比如在C语言中不能使用extern “C”，在C++中要使用extern "C"包含C的头文件，以及在头文件中要使用条件编译来区分C和C++的情况。希望本文对你有所帮助，谢谢！

解决C++和C语言在编译和链接时的符号不匹配的问题，使得我们可以方便地使用C语言的库函数和模块。但是，我们也要注意一些细节，比如在C语言中不能使用extern “C”，在C++中要使用extern "C"包含C的头文件，以及在头文件中要使用条件编译来区分C和C++的情况。希望本文对你有所帮助，谢谢！