如何混合使用C和C（下）

Mixing C and C++ Code in the Same Program

By Stephen Clamage, Sun Microsystems, Sun ONE Studio Solaris Tools Development Engineering

Translator: Qiu Longbin <robin.qiu(at)yeah.net>

C++语言提供了一个混合代码的机制，使得代码可以在同一个程序中被兼容的C和C++编译器编译。在你移植代码到不同的平台和编译器时，你会体验到不同的成功度。本文展示了当你混合使用C,C++时，如何解决出现的一般的问题。文中所有情况，展示了使用Sun C和C++编译器时所要做的事情。（译注：GCC的gcc和g++也是这一对组合。）

内容

 

-	使用兼容的编译器
-	在C++源代码中访问C代码
-	在C源代码中访问C++代码
-	混合IOstream和C标准I/O
-	使用指向函数的指针
-	使用C++异常
-	链接程序

 
使用兼容的编译器

混合代码的第一个要求就是你使用的C和C++编译器必须是兼容的。他们必须以同样的方式，（例如），定义了基本类型如int, float或指针。Solaris操作系统指定了C程序的应用程序的二进制接口（ABI）,它包含关于基本类型和函数如何被调用的信息。任何Solaris Os上可用的编译器都必须遵循ABI。

Sun C和C++编译器遵循Solaris OS ABI并且是兼容的。第三方的Solaris OS C编译器也必须遵循ABI。任何与Solaris Os兼容的C编译器也同样与Sun C++编译器兼容。

被你的C编译器使用的C运行时库也必须同C++编译器兼容。C++包括了标准C运行时库作为其子集，只有稍许不同。如果C++编译器提供了自己版本的C头文件，那么这些头文件的版本被C使用时也必须是兼容的。

Sun C和C++编译器使用兼容的头文件，并且使用同样的C运行时库。他们是完全兼容的。

在C++源代码中访问C代码

C++语言提供了一个“链接规范（linkage specification）”，用它你可以声明函数或对象遵循特定语言的程序链接约定。对象和函数的默认链接是C++的。所有C++编译器也为兼容的C编译器提供了C链接。

当你需要访问一个用C链接编译的函数（例如，某个函数被C编译器编译），就要声明那个函数具备C链接（译注：在C++代码中）。即使大多数C++编译器对C和C++数据对象的链接没有什么不同，你也需要在你的C++代码中声明C数据对象（data objects）具有C链接。类型（types）没有C或C++链接，除了指向函数的指针（pointer-to-function）类型。

声明链接规范

使用下述标记之一来声明一个对象或函数具备某种语言language_name的链接。

extern "language_name" declaration ; extern "language_name" { declaration ; declaration ; ... }

第一个标记指定了紧随其后的声明（或定义）具有语言language_name的链接约定。第二个标记指定花括号内的所有都具有language_name的链接。注意，第二个标记的最后花括号后面不要有分号。

你可以嵌套链接规范，他们没有创建一个范围域（scope）。考虑下面的例子：

extern "C" { void f(); // C linkage extern "C++" { void g(); // C++ linkage extern "C" void h(); // C linkage void g2(); // C++ linkage } extern "C++" void k();// C++ linkage void m(); // C linkage }

所有上面的函数都在相同的全局域，尽管是嵌套了链接规范。

 

在C++代码中包含C头文件

如果你想使用一个C库，它定义的头文件意欲为C编译器所准备，你可以在extern “C”花括号中包含这个头文件：

extern "C" { #include "header.h" }

Warning-警告- 不用为Solaris OS上的系统头文件使用该技术。Solaris头文件，并且所有赖于Sun C和C++编译器的头文件都已经为C和C++编译器做好了准备。如果你指定了一个链接，你可能使得声明于Solaris头文件中的声明失效。

 

创建混合语言（Mixed-Languge）的头文件

如果你想使得头文件同时适合于C和C++编译器，你可能把所有声明都放置在了extern “C”花括号中，但是C编译器并不认识这些语法。每个C++编译器都预定义了宏__cplusplus，这样你就可以使用这个宏来防卫C++语法扩展：

#ifdef __cplusplus extern "C" { #endif ... /* body of header */   #ifdef __cplusplus } /* closing brace for extern "C" */ #endif

 
给C structs增加C++特征

假定你想在你的C++代码中更容易地使用C库。并且假定你不使用C风格的访问方式，你可能想增加成员函数，或许虚函数，也可能从class派生等等。你如何完成这个变换并确保C库函数仍然能识别你的struct?考虑下面这个例子中C的struct buf的使用：

/* buf.h */ struct buf { char* data; unsigned count; }; void buf_clear(struct buf*); int buf_print(struct buf*); /* return status, 0 means fail */ int buf_append(struct buf*, const char*, unsigned count); /* same return */

你想把这个struct转变进C++ class，并做下述改变，使它更容易使用：

extern "C" { #include "buf.h" } class mybuf { // first attempt -- will it work? public: mybuf() : data(0), count(0) { } void clear() { buf_clear((buf*)this); } bool print() { return buf_print((buf*)this); } bool append(const char* p, unsigned c) { return buf_append((buf*)this, p, c); } private: char* data; unsigned count; };

class mybuf的接口看来更象C++代码，并且更容易整合进面向对象风格的编程 ─ 如果它可行的话。

当成员函数传递this指针给buf函数时发生了什么？C++类布局（layout）匹配C布局吗？this指针指向数据成员，还是指向buf？如果增加虚函数到mybuf又会如何呢？

C++标准对buf和class mybuf的兼容性没有任何保证。这里的代码，没有虚函数，可以工作，但你不能指望这个。如果你增加了虚函数，这个代码会失败，因为编译器增加了额外的数据（比如指向虚表的指针）放在class的开始处。

可移植的方案是把struct buf单独放着不动它，尽管你想保护数据成员并仅仅通过成员函数提供访问。仅当你不改变声明的情况下，你才能保证C和C++的兼容性。

你可以从C struct buf派生出一个C++ class mybuf，并且传递指向基类buf的指针给mybuf的成员函数。当转换mybuf* 到 buf*时，如果指向mybuf的指针没有指向buf数据的起始处，C++编译器会自动调整它。mybuf的布局在C++编译时可能发生改变，但是操纵mybuf和buf对象的C++源代码将到处都可以工作。下面的例子展示了一个可移植方法给C struct增加C++和面向对象特征：

extern "C" { #include "buf.h" } class mybuf : public buf { // a portable solution public: mybuf() : data(0), count(0) { } void clear() { buf_clear(this); } bool print() { return buf_print(this); } bool append(const char* p, unsigned c) { return buf_append(this, p, c); } };

C++代码可以自由的创建和使用mybuf对象，传递它们到那些期望buf对象的C代码，并且可以结合地很好。当然如果你为mybuf增加了数据成员，C代码就不知道它们。那就是一般类设计的考虑。你要当心要一致性地创建和删除（delete）buf和mybuf对象.让C代码删除(free)一个有C代码创建的对象是最安全的，并且不允许C代码删除一个mybuf对象。

在C源代码中访问C++代码：

如果你声明一个C++函数具有C链接，它就可以在由C编译器编译的函数中被调用。一个声明具有C链接的函数可以使用所有C++的特征，如果你想在C代码中访问它，它的参数和返回值必须是在C中可访问的。例如，如果一个函数声明有一个IOstream类的引用作为参数，就没有（可移植的）方法来解析这个参数类型给C编译器。C语言没有引用，模板，或具备C++特征的class.

这里是一个具备C链接的C++函数的例子：

#include <iostream> extern "C" int print(int i, double d) { std::cout << "i = " << i << ", d = " << d; }

你可以在头文件中声明一个函数print，被C和C++代码共用：

#ifdef __cplusplus extern "C" #endif int print(int i, double d);

你可以至多声明重载集中的一个函数作为extern “C”，因为一个C函数仅仅可以有一个给定的名字。如果你要在C中访问重载函数，你可以以不同的名字写出C++ wrapper函数，见下面的例子：

int g(int); double g(double); extern "C" int g_int(int i){ return g(i); } extern "C" double g_double(double d) { return g(d); }

这里是C头文件wrapper函数的例子：

int g_int(int); double g_double(double);

你也需要包裹(wrapper)函数来调用template functions，因为template functions不能声明为extern “C”:

template<class T> T foo(T t) { ... }   extern "C" int foo_of_int(int t) { return foo(t); } extern "C" char* foo_of_charp(char* p) { return foo(p); }

C++代码仍然可以访问重载函数和template functions。C代码必须使用wrapper functions。

在C中访问C++ class

能够从C代码中访问C++ class吗？你可以声明一个C struct，看上去象一个C++ class并能以某种方式调用成员函数吗？答案是肯定的，虽然你必须为维持可移植性增加一些复杂性。任何对C++ class的定义的修改都要求你重新审查你的C代码。

假定你有一个C++ class如下：

class M { public: virtual int foo(int); // ... private: int i, j; };

你不能在C代码中声明class M。你能做的最好的事就是传递指向class M 对象的指针，这类似于在C标准I/O中传递FILE对象。你可以在C++中写extern “C”函数访问class M 对象并在C代码中调用这些函数。下面是一个C++函数，被设计来调用成员函数foo:

extern "C" int call_M_foo(M* m, int i) { return m->foo(i); }

 

下面是C代码的一个例子，它使用了class M:

struct M; /* you can supply only an incomplete declaration */ int call_M_foo(struct M*, int); /* declare the wrapper function */ int f(struct M* p, int j) /* now you can call M::foo */ { return call_M_foo(p, j); }

混合IOstream和C标准I/O

你可以在C++程序中使用来自于标准C头文件<stdio.h>的C标准I/O，因为C标准I/O是C++的一部分。

任何关于在同一个程序中混合IOstream和标准I/O的考虑都不依赖于程序是否以明确地包含C代码。这个问题对于纯粹的C++程序使用标准I/O和IOstream是一样的。

Sun C和C++使用同样的C运行时库，这在关于兼容的编译器小节中注明过了。使用Sun编译器，你可以在同一个程序中自由地在C和C++代码中使用标准I/O。

C++标准说，你可以在同一个目标“流（stream）”上混合使用标准I/O函数和IOstream函数，比如标准输入和输出流。但是C++实现在它们的遵从度上可能不同。一些系统要求你在做任何I/O之前先显式地调用sync_with_stdio()函数。在同一个流或者文件上混合I/O风格，实现品在I/O的效能方面也不同。最差情况下，你得到为每个字符的输入输出做一个系统调用的结果。如果程序有大量的I/O，性能可能是不可接受的。

最安全的途径是对任一给定的文件/标准流，坚持使用标准I/O或IOstream风格。在一个文件或流上使用标准I/O，在另一个不同的一个文件或流上使用IOstream，不会导致任何问题。

使用指向函数的指针

指向函数的指针必须指明是否指向一个C函数或C++函数，因为C和C++函数可能采用不同的调用约定。否则，编译器不知道究竟要产生哪种函数调用的代码。多数系统对C和C++并没有不同的调用约定，但是C++允许存在这种可能性。因此你必须在声明指向函数的指针时要小心，确保类型匹配。考虑下面的例子：

typedef int (*pfun)(int); // line 1 extern "C" void foo(pfun); // line 2 extern "C" int g(int) // line 3 ... foo( g ); // Error! // line 5

Line 1声明了pfun指向一个C++函数，因为它缺少链接说明符。
Line 2声明foo为一个C函数，它具有一个指向C++函数的指针。
Line 5试图用指向g的指针调用foo，g是一个C函数，所以类型不匹配。

要确保指向函数的指针的链接规范与它将要指向的函数匹配。在下面这个正确的例子中，所有声明都包含在extern “C”花括号中，确保了类型匹配。

extern "C" { typedef int (*pfun)(int); void foo(pfun); int g(int); } foo( g ); // now OK

指向函数指针有另外一个微妙之处，它可能给程序员带来陷阱。链接规范应用于函数所有的参数类型和返回类型上。如果你将一个详细声明的指向函数的指针（pointer-to-function）用作函数参数，链接规范也同样地作用在了这个指向函数的指针上。如果你通过使用typedef声明了一个指向函数的指针，这个typedef类型在用于函数声明中时，链接规范不会受到影响。例如，考虑下面的代码：

typedef int (*pfn)(int); extern "C" void foo(pfn p) { ... } // definition extern "C" void foo( int (*)(int) ); // declaration

前两行可以出现在一个程序文件中，第三行可以出现在一个头文件中，在此头文件中你不想暴露出内部使用的typedef的名字。尽管你想让foo的声明和定义相匹配，但它们不匹配。foo的定义接受一个指向C++函数的指针，但是其声明接受一个指向C函数的指针。这段代码声明了一对重载函数。（译注：在此是参数类型的链接规范不同。）

为了避免这个问题，得在声明中一致地使用typedefs，或者以某个适当的链接规范包围typedefs。例如，假定你想让foo接受一个指向C函数的指针，你可以以下面的方式写出foo的定义：

extern "C" { typedef int (*pfn)(int); void foo(pfn p) { ... } }

使用C++异常

传播（Propagating）异常
从C函数中调用C++函数，并且C++函数抛出了一个异常，将会发生什么？在是否会使得该异常有适当的行为这个问题上C++标准有些含糊，并且在一些系统上你不得不采取特别的预防措施。一般而言，你必须得求诸用户手册来确定代码是否以适当的方式工作。

Sun C++中不需要预防措施。Sun C++中的异常机制不影响函数调用的方式。当C++异常被抛出时，如果一个C函数正处于活动状态，C函数将转交给异常处理过程。

混合异常和set_jmp，long_jmp
最好的建议是在包含C++代码的程序中不要使用long_jmp。C++异常机制和C++关于销毁超出作用域对象的规则可能被long_jmp违反，从而得到不确定的结果。一些编译器整合了异常和long_jmp，允许它们协同工作，但你不能依赖这样的行为。Sun C++使用与C编译器相同的set_jmp和long_jmp。

许多C++专家相信long_jmp不应该与异常整合，因为很困难准确地指定它该如何作为。

如果你在混合有C++的C代码中使用long_jmp，要确保long_jmp不要跨越（cross over）活动的C++函数。如果你不能确保这点，查看一下是否你可以通过禁用异常来编译那个C++代码。如果对象的析构器被绕过了，你仍旧可能有问题。

链接程序

某时，多数C++编译器要求main函数要被C++编译。这个要求今天来说并不常见，Sun C++就不要求这点。如果你的C++编译器需要编译main函数，但你由于某种原因不能这么做，你可以改变C main函数的名字并从一个C++ main的包裹函数中调用它。例如，改变C main函数的名字为C_main，并写如下C++代码：

extern "C" int C_main(int, char**); // not needed for Sun C++ int main(int argc, char** argv) { return C_main(argc, argv); }

当然，C_main必须是被声明在C代码中，并返回一个int。如上注解，使用Sun C++是不会有这个麻烦。

即使你的程序主要由C代码构成，但使用了C++库，你需要链接C++运行时以支持与C++编译器提供的库一起编译进程序。做这件事的最简单和最好的方式是使用C++编译器驱动链接过程。C++编译器的驱动器知道要链接什么库，次序如何。特定的库可以依赖编译C++代码时使用的选项。

假定你有C程序文件main.o, f1.o和f2.o，你可以使用C++程序库helper.a。用Sun C++，你要如下引发命令行：

CC -o myprog main.o f1.o f2.o helper.a

必要的C++运行时库，如libCrun和libCstd被自动地链接进去。helper.a可能要求使用额外的链接选项。如果你由于某种原因不能使用C++编译器，你可以使用CC命令的dryrun选项来获得编译器引发出的命令列表，并把它们捕获进一个shell脚本。因为确切的命令(复数)依赖于命令行选项，你应该复查—dryrun选项输出和命令行的任何一个变动。

更多信息

 

-	Sun ONE Studio C/C++ Documentation  Sun ONE C和C++编译器的最新信息，包括man手册页和readme文件。

关于作者

Steve Clamage从1994年在Sun至今?。它当前是C++编译器和Sun ONE Studio编译器套件的技术领导。它从1995年开始是ANSI C++委员会的主席。

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