C++符号修饰与extern "C"

本文介绍C++的符号修饰（name mangling），以及extern "C"这个申明的含义。

由于C++支持的抽象层度比C要高，一些高级编程语言特性，如函数重载，类定义，类继承，namespace等等，就需要允许源代码中有名称相同的函数或变量存在。因此C++编译器在编译时，必须要做符号修饰，这是为了区分相同名称的不同对象。C++只能通过符号修饰的方法，来支持那些高级编程语言特性的编译链接过程。一般情况下，程序员不用关心符号修饰的细节。

所谓符号修饰，即C++编译器按照某种规则，对不同对象但名称相同的名称进行修改，或名称变换，以便在编译器内部，可以识别出源代码中相同的名称所对应的不同的符号。

大约在20世纪70年代以前，编译器生成目标文件时，符号名与对应的函数名或变量名是一样的。比如一段汇编代码中包含一个符号名为foo，那么汇编器生成的目标文件，符号的名称也是foo。当后来C语言被发明，Unix被C语言重写时，已经存在相当多的用汇编写的库和目标文件。这就出现了一个问题，如果一个C程序要使用这些库，那么C语言代码中就不可以出现这些库中已经存在符号名，否则链接时就会出现冲突。

为了防止符号名冲突，UNIX下的C语言就规定，C语言源代码文件中的所有全局变量和函数，经过编译后，相对应的符号名前加上_。Fortran语言，在编译后，符号名前后都加_。后来随着时间的推移，很多OS和编译器都完全重写了好几遍，UNIX分叉，Linux大行其道，整个环境发生了很大变化。现在Linux下GCC默认已经去掉在符号名前加_的这种方法，但Windows下的编译器还保留这种传统，GCC在Windows下的版本（cygwin，mingw）也会加_。这样就可以理解，C++编译器必须使用符号修饰，以支持函数重载，类，namespace等特性。

binutils里面有个工具c++filt，可以用来解析被修饰过的名称。当出现找不到符号的时候，也许看一眼这个符号的真身，就能定位问题：

$ c++filt _ZN18CliprdrFileManager22sigFileNodeDataRequestEPNS_19FileNodeDataRequestE
CliprdrFileManager::sigFileNodeDataRequest(CliprdrFileManager::FileNodeDataRequest*)

不同编译器对符号修饰的规则不同，这是导致不同编译器之间不能互操作的主要原因之一。符号修饰规则没有标准。

extern "C"申明

在C++中链接C风格的接口，需要使用extern "C"关键字在C++中申明C风格的符号。

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif
...
// your code here
...
#ifdef __cplusplus
}
#endif

在extern "C"范围内申明的符号，不会被C++编译器进行符号修饰，而是采用C语言的风格对符号进行处理。C编译器不会定义__cplusplus这个Macro，因此以上定义方式，可以同时兼容C和C++代码。

这样申明后，因为符号名称没有被修饰过，链接时就能够在对应的目标文件或库文件中找到这些符号。这个技巧几乎在所有系统头文件中被使用。

extern "C" int func(int);
extern "C" int var;

举个例子，C++项目中使用ffmpeg提供的C接口，include头文件，要放在extern "C"范围内：

// in C++ project
extern "C" {
#include <libavutil/opt.h>
#include <libavutil/imgutils.h>
#include <libavcodec/avcodec.h>
}

C代码如何调用C++写的库

很多C++写的库，也会提供C风格的接口，这样C和C++的项目，都可以调用这些库。用C++编写的库，但提供C风格接口，方法依然是使用extern "C"申明一组内部实现的接口。很多用C++编写的库，对外提供C接口，就是用这个技巧。