面试题：C++与C混合编程中extern "C"的应用场景

Question

假设你正在开发一个大型C++项目，需要调用一些已有的C库函数。阐述extern "C"在这种场景下，在代码组织、编译链接过程中的具体作用，并举例说明如何在不同的文件结构中正确使用extern "C"来保证C库函数的正确调用。

Answer 1

extern "C"的作用

1. 代码组织方面：
   • 在C++ 代码中，函数名会根据C++ 的名字修饰规则进行修饰，而C库函数遵循C语言的命名规则，没有名字修饰。extern "C" 告知C++ 编译器，被它修饰的函数应按照C语言的命名规则处理，这样可以让C++ 代码能正确识别和调用C库函数，使代码结构更清晰，明确哪些函数是来自C库的。
2. 编译链接过程方面：
   • 编译阶段，C++ 编译器看到 extern "C" 修饰的函数声明，会按C语言的方式生成目标代码，而不是C++ 风格的名字修饰后的目标代码。
   • 链接阶段，链接器能够根据C语言的命名规则找到对应的C库函数的目标代码，完成链接。如果没有 extern "C"，链接器可能找不到C库函数的入口，因为C++ 修饰后的函数名与C库函数实际的名字不匹配。

不同文件结构下的使用示例

1. 单个源文件中调用C库函数： 假设我们有一个C库函数 add 定义在 add.c 中，其声明如下：

// add.c
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

在C++ 源文件 main.cpp 中调用这个C库函数：

// main.cpp
extern "C" {
    int add(int a, int b);
}
int main() {
    int result = add(3, 5);
    return 0;
}

这里在 main.cpp 中通过 extern "C" 声明 add 函数，按C语言规则处理该函数，从而能正确调用。

2. 多个源文件，分离声明和定义： 假设我们有一个头文件 add.h 用于声明C库函数 add，add.c 实现该函数，main.cpp 调用该函数。

// add.h
#ifndef ADD_H
#define ADD_H
// 这里为了在C和C++ 中都能使用，使用条件编译
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
int add(int a, int b);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
#endif

// add.c
#include "add.h"
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

// main.cpp
#include "add.h"
int main() {
    int result = add(3, 5);
    return 0;
}

在 add.h 中通过条件编译，当在C++ 环境下编译时，使用 extern "C" 修饰函数声明，这样在 main.cpp 包含 add.h 后，就能正确调用C库函数 add。在C语言源文件 add.c 中包含 add.h 也不会有问题，因为条件编译在C语言环境下不会包含 extern "C" 部分。