【Cpp】C和C++混合编程

一、混合编程杂绪

1.1 为什么需要混合编程

Cpp是从C演变过来的，C有很多优秀成熟项目和库，没必要在C++中重写，C++程序可以直接调用调用
庞大项目划分后一部分适合用C(底层)，一部分适合用C++(中间层、上层)

1.2 混合编程的支撑

编译型程序的编译过程：源文件->目标（库）文件->可执行程序->镜像文件
任何编程语言执行时都必须是可执行程序，所以都必须先被编译成目标文件
混合编程的“混合”操作发生在链接这一步

1.3 C++和C混合编程出现的问题

C++和C都是编译型语言，互相混合相对容易。但是：C++支持函数名重载，而C不支持，因此编译器生成目标文件时，函数名在目标文件中的临时内部名称规则不同，导致链接时符号对不上，如下所示：

创建测试文件：

    touch cadd.c cppadd.cpp add.h Makefile

源文件和头文件的内容如下，其中cadd.c和appadd.c的内容都是一致的，均是库函数中声明的函数的定义

我们分别把.c源文件和.cpp源文件做成静态链接库然后把库进行反汇编

dec:objdump -d libcadd.a > libcadd.iobjdump -d libcppadd.a > libcppadd.i

对比得到的反汇编文件，可以发现同一个函数分别在gcc和g++下编译后生成的二进制代码其实是一样的。而临时内部名称是不同的:在gcc中，函数名保持不变；而g++中，还在函数名后增加了参数类型(add -> addii)，如下图所示：

这时如果用一个.c文件和g++编译制作的静态库进行gcc编译链接或用一个.cpp文件和gcc编译制作的库进行g++编译链接都会链接错误：

#include "add.h"
int main(void)
{int x = 1, y = 1;add(x, y);return 0;
}

这就是因为主函数#include "add.h"中的add（预编译时直接替换相关内容）与静态库中的add用了不同的编译环境，导致标文件中的临时内部名称不同所致无法正确链接！

二、C和C++混合编程的解决方案

通过前面的研究我们可以知道C和C++本质上是可以混合编程的，但是生成的中间符号名称不同，所以链接器在进行链接时会出问题，那如何解决呢？

2.1 先谈谈`__cplusplus`

__cplusplus是C++中预定义的一个标准宏，为长整型，其值为cpp标准的年月；在C中是未进行定义的，可以用来检测编译环境

#include <stdio.h>int main(void)
{#ifdef __cplusplusprintf("G++ %ld.\n", __cplusplus);#elseprintf("GCC.\n");#endifreturn 0;
}

2.2 `extern "C"{}`

使用extern "C"{}可以使{}中的内容用C的标准来编译，我们将1.3中的add.h中的内容改为：

#ifndef __ADD_H__
#define __ADD_H__extern "C"
{int add(int a, int b);}#endif

然后和cppadd.cpp一起制作成静态库然后反编译，我们可以发现虽然用的g++进行编译，反编译得到的文件中add的临时名称还是add，而不是_Z3addii

2.3 解决方案

通过2.2我们可以知道在C++的头文件中只要把函数的声明放在extern "C"{}的大括号范围之内，就可以让g++在编译这个函数时生成中间符号名时按照C的规则而不是按照C++的规则，所以这样的函数就可以和C的库进行共同链接。但是，在C语言中，extern "C"{}是未被定义的

所以我们将__cplusplus和extern “C”{}结合使用，通常有以下两种情况：

三、两种常见情况

3.1 同一个项目中C是库，C++是源码，C++调用C

这是最常见的情况，我们只需要在C的头文件中加上extern "C"的声明，在C++中直接包含头文件调用。后继直接用g++编译链接即可，如下所示(mian.cpp和C库均来自1.3)：

add.h中的内容更改如下：

#ifndef __ADD_H__
#define __ADD_H__#ifdef __cplusplus
extern "C"
{#endifint add(int a, int b);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

return.sh中内容如下：

#!/bin/shg++ main.c -lcadd -L. -o main.elf
./main.elf
echo $?

根据结果我们可以看到程序进行了成功的编译、链接、执行：

如果我们同时有C和Cpp的源码，我们也是只需要在C的.h库函数中加入__cplusplus和extern "C"{}，对于Cpp的.hpp文件不做任何改动，最后统一进行g++编译即可

3.2 同一个项目中C++是库，C是源码，C调用C++

如果我们只有C++库而源码是C，我们最后只能用gcc编译链接，这带来了很多麻烦：

g++和gcc的编译时符号差异

c++支持很多c并不支持的特性，如函数重载

而C++继承了C的所有特性，也就是说C编译时无法直接像C++一样使用特定的语句实现编译Cpp时按照C的规则。但是，我们可以用cpp写一层封装层，加上extern "C"，用g++编译成静态库，这个时候我们在C源码中就可以直接调用我们的静态库，用gcc编译链接！

我们还是使用1.3中制作的静态库，我们检查发现此时libcppadd.a中add的临时符号是_Z3addii

我们制作封装层，创建文件

touch cppaddwrapper.cpp cppaddwrapper.hpp

其中，cppaddwrapper.hpp中的内容如下：

#ifndef __CPP_ADDWRAPPER_HPP__
#define __CPP_ADDWRAPPER_HPP__#ifdef __cplusplus
extern "C"
{#endifint addwrapper(int a, int b);#ifdef __cplusplus
}
#endif#endif

cppaddwrapper.cpp中的内容如下

#include "add.hpp"
#include "cppaddwrapper.hpp"int addwrapper(int a, int b)
{add(a, b);
}

我们只需要在这个函数中对add进行调用即可，我们将封装层用g++和ar制作成静态封装库，再进行反编译，结果如下：

因为在addwrapper函数的声明中加了extern "C"，故临时符号没有改变。由于用的是g++编译，而该头文件包含中的add.hpp的add函数没有extern "C"声明，所以调用时使用的add的临时名称还是会变成_Z3addii，和静态库中的临时名称相匹配，所以在反汇编代码callq 1d <addwrapper+0x1d>中发生了跳转。第一个参数1d就是add函数的地址入栈，尖括号里面的是偏移地址，因为我们使用的是静态库，无需重定位，所以偏移地址也是0x1d。

这个时候，我们就可以在我们自己的c文件中直接调用静态封装库中的函数，和封装库一起用gcc进行链接了！如下建立测试文件夹，将头文件和静态库移入文件夹中：

main.c中的测试代码如下：

#include "cppaddwrapper.hpp"int main(void)
{addwarpper(1, 1);return 0;
}

shell脚本中的内容如下：需要注意的是由于封装层的静态库是使用了C++库的，所以在链接的时候也需要用-lxx指定静态库

#!/bin/shgcc main.c -lcppaddwrapper -lcppadd -L. -o main.elf
./main.elf
echo $?

根据main函数的返回值我们可以知道程序成功地进行了编译链接执行

在只有C++库而源码是C的情况下，使用封装层的技巧就是封装层使是用g++编译，但是只在封装头文件函数声明中加了extern "C"，而调用的C++静态库函数的#include未加，因此调用的函数还是按C++的规则解析，制作库时可以实现连接。在C源码中调用封装库，巧妙避免了直接使用C++库由于临时符号不同导致的链接错误