C/C++之关键字extern_extern "c"{头文件}

Typist : Akame Qixisi / Excel Bloonow

extern是我在学习C/C++的过程中存在疑惑较多的一个关键词，本文章简要记录了extern的基本用法；并较为详细的记录了在C++代码中extern "C"的作用。

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关键字 extern

（一）概述

extern是计算机语言C/C++中一个关键字，可用于变量或函数前；对于使用者，它声明一个外部符号，以表示该变量或函数是定义在别的文件中的外部符号；对于创建者，它用在头文件中的一个声明之前或一个定义之前，显式说明该符号可以被其他文件使用（有些形式具有默认的外部链接，可以不用extern显式说明）。另外，extern也可以用来进行链接指定。

在编译时，提示编译器遇到此变量或函数时，知道这个标识符在其他文件中定义过，可以编译通过。在链接时，提示链接器在其他文件中寻找其定义。

需要注意的是，根据前述指针与数组的区别，在一个文件中使用int a[8]定义一个数组，而在另一个文件中使用extern int* a去声明这个外部符号，编译可以通过，但它们的链接是不成功的。因此说明，在一个文件中定义的外部符号和在另一文件中声明的外部符号，必须是严格类型相同的。

变量、函数（free函数默认有外部链接）：

// a.c		// 定义外部符号，以供其他文件使用，注意参考《大规模C++程序设计》查阅默认具有外部链接的形式
int x = 10;
int add (int a, int b) { return a + b; }
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// b.c		// 声明外部符号，以便使用其他文件定义的符号，可直接使用
extern int x;
extern int add(int, int);
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现代编译器一般采用按文件编译（其实是编译单元）编译的方式，因此在编译时，各个编译单元中定义的全局变量是互相不透明的。也就是，在编译时，全局变量的可见域限制在文件内部。到了链接阶段，要将各个编译单元中的符号链接到一个程序中，因而，定义于某编译单元的全局变量，在链接完成后，它的可见范围被扩大到了整个程序，很容易推导出，一个文件中定义的全局变量，可以在整个程序的任何地方都使用。在链接时，如果在不同的编译单元中存在重复的全局定义，则会链接失败。

（二）extern “C”

首先明确，extern "C"是 C++ 中的写法（ .h 头文件，.cpp 实现文件），C语言中并没有该写法。

总括：extern “C” 是 C++ 语言为了兼容 C 程序、使用 C 语言库，实现C++与C以及其他语言混合编程所引入的。为了更好的支持原来的C代码和已经写好的C语言库，需要在C++中尽可能的支持C，而 extern “C” 就是其中的一个策略。任何语言中的任何语法特性的诞生都不是随意而为的，来源于真实世界的需求驱动。

在C++环境下使用C函数的时候，常常会出现编译器无法找到目标模块中的C函数定义，从而导数链接失败。原因如下：

对于一个函数 int add(int a, int b)。由于C++支持重载，编译器为了解决函数的重载问题，会将函数名和参数类型一起加到编译后的代码中，合起来生成一个中间的函数名称，如 _add_int_int 这样的符号；而C语言并不支持函数重载，因此编译C语言代码的函数时不会带上函数的参数类型，一般只包括函数名，如 _add 这样的符号。不同的编译器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的机制，生成的新名字称为”mangled name“。由于在C++代码中编译的符号和C代码中编译的符号不同，自然链接不成功。

同样地，本质上，编译器在C++中的类成员变量等时，与函数的处理相似，也为类中的变量取了一个独一无二的名字，这个名字与代码中的名字不同。

extern “C” 的主要作用就是为了能够正确实现C++代码调用其他C语言代码，加上extern "C"后，会指示编译器这部分（C++）代码按C语言（而不是C++）的方式进行编译，即函数编译成的符号不带参数类型信息，从而C++代码编译后在目标文件中的符号，就和C代码编译成的符号一样，自然可以链接成功。一般来说有三种使用方式：

// myheader.h	C++头文件
extern "C" int add(int, int);		// 对于单一函数使用

extern "C" {		// 可以是复合语句，相当于复合语句中的声明都使用了 extern "C"
    int sub(int, int);
    double mul(int, int);
}

extern "C" {		// 可以包含头文件，相当于头文件中的声明都使用了 extern "C"
    #include <cmath>
}
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• 如果C++调用一个C语言编写的 .dll 动态库文件时，当包括 .dll 的头文件或声明接口函数时，应用 extern “C” { } 的方式。

由于对头文件来说，无法靠后缀名等形式区分是C语言的头文件还是C++的头文件，所以常使用一个C++才有的宏来判断是否是C++文件，如下：

// myheader.h
#ifdef __cplusplus		// C++文件（编译器）才有的宏定义，如果定义了，就说明这是C++代码
extern "C" {
#endif

	int sub(int a, int b);

#ifdef __cplusplus
}
#endif
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• 不可以将 extern “C” 添加在函数内部。
• 如果函数有多个声明，可以都添加 extern “C”，也可以只出现在第一次声明中，后面的声明会接受第一个链接指示符的规则。
• 除 extern “C” 之外，还有 extern “FORTRAN” 等。

常见的使用场合为：C++代码调用C语言代码；在C++的头文件中使用；在多人协同开发时，可能有人比较擅长C语言，有人擅长C++等。如在C++中使用C语言函数或C语言的库函数：

// c_sample.h		// C头文件
#ifndef C_SAMPLE_H
#define C_SAMPLE_H
extern int add(int x, int y);		// 自由free函数默认居然外部链接，可以不用extern
#endif

// c_sample.c		// C实现文件
#include "c_sample.h"
int add(int x, int y) { return x + y; }
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// tool_model.cpp	// C++实现文件，也可以为C++头文件或其他C++文件
extern "C" {
    #include "c_sample.h"	// 可以采用其他方式，推荐使用头文件包含
}

// use the c function somewhere.
int result = add(lvalue, rvalue);
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同理，如果要从C++语言代码中导出函数，一共C语言程序使用，也需要在C++源文件要导出的函数前使用 extern “C” 来修饰，以按C语言编译风格编译，让C语言程序可以调用。