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++語(yǔ)言提供了一個(gè)混合代碼的機(jī)制，使得代碼可以在同一個(gè)程序中被兼容的C和C++編譯器編譯。在你移植代碼到不同的平臺(tái)和編譯器時(shí)，你會(huì)體驗(yàn)到不同的成功度。本文展示了當(dāng)你混合使用C,C++時(shí)，如何解決出現(xiàn)的一般的問(wèn)題。文中所有情況，展示了使用Sun C和C++編譯器時(shí)所要做的事情。（譯注：GCC的gcc和g++也是這一對(duì)組合。）

混合代碼的第一個(gè)要求就是你使用的C和C++編譯器必須是兼容的。他們必須以同樣的方式，（例如），定義了基本類(lèi)型如int, float或指針。Solaris操作系統(tǒng)指定了C程序的應(yīng)用程序的二進(jìn)制接口（ABI）,它包含關(guān)于基本類(lèi)型和函數(shù)如何被調(diào)用的信息。任何Solaris Os上可用的編譯器都必須遵循ABI。

Sun C和C++編譯器遵循Solaris OS ABI并且是兼容的。第三方的Solaris OS C編譯器也必須遵循ABI。任何與Solaris Os兼容的C編譯器也同樣與Sun C++編譯器兼容。

Sun C和C++編譯器使用兼容的頭文件，并且使用同樣的C運(yùn)行時(shí)庫(kù)。他們是完全兼容的。

C++語(yǔ)言提供了一個(gè)“鏈接規(guī)范（linkage specification）”，用它你可以聲明函數(shù)或?qū)ο笞裱囟ㄕZ(yǔ)言的程序鏈接約定。對(duì)象和函數(shù)的默認(rèn)鏈接是C++的。所有C++編譯器也為兼容的C編譯器提供了C鏈接。

當(dāng)你需要訪問(wèn)一個(gè)用C鏈接編譯的函數(shù)（例如，某個(gè)函數(shù)被C編譯器編譯），就要聲明那個(gè)函數(shù)具備C鏈接（譯注：在C++代碼中）。即使大多數(shù)C++編譯器對(duì)C和C++數(shù)據(jù)對(duì)象的鏈接沒(méi)有什么不同，你也需要在你的C++代碼中聲明C數(shù)據(jù)對(duì)象（data objects）具有C鏈接。類(lèi)型（types）沒(méi)有C或C++鏈接，除了指向函數(shù)的指針（pointer-to-function）類(lèi)型。

聲明鏈接規(guī)范

extern "language_name" declaration ; 

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

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 

}

所有上面的函數(shù)都在相同的全局域，盡管是嵌套了鏈接規(guī)范。

在C++代碼中包含C頭文件

如果你想使用一個(gè)C庫(kù)，它定義的頭文件意欲為C編譯器所準(zhǔn)備，你可以在extern “C”花括號(hào)中包含這個(gè)頭文件：

extern "C" {

     #include "header.h"

 }

 

創(chuàng)建混合語(yǔ)言（Mixed-Languge）的頭文件

如果你想使得頭文件同時(shí)適合于C和C++編譯器，你可能把所有聲明都放置在了extern “C”花括號(hào)中，但是C編譯器并不認(rèn)識(shí)這些語(yǔ)法。每個(gè)C++編譯器都預(yù)定義了宏__cplusplus，這樣你就可以使用這個(gè)宏來(lái)防衛(wèi)C++語(yǔ)法擴(kuò)展：

#ifdef __cplusplus 

extern "C" { 

#endif  ... 

/* body of header */  

#ifdef __cplusplus

 } /* closing brace for extern "C" */ 

#endif

 
給C structs增加C++特征

假定你想在你的C++代碼中更容易地使用C庫(kù)。并且假定你不使用C風(fēng)格的訪問(wèn)方式，你可能想增加成員函數(shù)，或許虛函數(shù)，也可能從class派生等等。你如何完成這個(gè)變換并確保C庫(kù)函數(shù)仍然能識(shí)別你的struct?考慮下面這個(gè)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 */

你想把這個(gè)struct轉(zhuǎn)變進(jìn)C++ class，并做下述改變，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的接口看來(lái)更象C++代碼，并且更容易整合進(jìn)面向?qū)ο箫L(fēng)格的編程 ─ 如果它可行的話。

C++標(biāo)準(zhǔn)對(duì)buf和class mybuf的兼容性沒(méi)有任何保證。這里的代碼，沒(méi)有虛函數(shù)，可以工作，但你不能指望這個(gè)。如果你增加了虛函數(shù)，這個(gè)代碼會(huì)失敗，因?yàn)榫幾g器增加了額外的數(shù)據(jù)（比如指向虛表的指針）放在class的開(kāi)始處。

可移植的方案是把struct buf單獨(dú)放著不動(dòng)它，盡管你想保護(hù)數(shù)據(jù)成員并僅僅通過(guò)成員函數(shù)提供訪問(wèn)。僅當(dāng)你不改變聲明的情況下，你才能保證C和C++的兼容性。

你可以從C struct buf派生出一個(gè)C++ class mybuf，并且傳遞指向基類(lèi)buf的指針給mybuf的成員函數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換mybuf* 到 buf*時(shí)，如果指向mybuf的指針沒(méi)有指向buf數(shù)據(jù)的起始處，C++編譯器會(huì)自動(dòng)調(diào)整它。mybuf的布局在C++編譯時(shí)可能發(fā)生改變，但是操縱mybuf和buf對(duì)象的C++源代碼將到處都可以工作。下面的例子展示了一個(gè)可移植方法給C struct增加C++和面向?qū)ο筇卣鳎?/font>

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++代碼可以自由的創(chuàng)建和使用mybuf對(duì)象，傳遞它們到那些期望buf對(duì)象的C代碼，并且可以結(jié)合地很好。當(dāng)然如果你為mybuf增加了數(shù)據(jù)成員，C代碼就不知道它們。那就是一般類(lèi)設(shè)計(jì)的考慮。你要當(dāng)心要一致性地創(chuàng)建和刪除（delete）buf和mybuf對(duì)象.讓C代碼刪除(free)一個(gè)有C代碼創(chuàng)建的對(duì)象是最安全的，并且不允許C代碼刪除一個(gè)mybuf對(duì)象。

在C源代碼中訪問(wèn)C++代碼：

如果你聲明一個(gè)C++函數(shù)具有C鏈接，它就可以在由C編譯器編譯的函數(shù)中被調(diào)用。一個(gè)聲明具有C鏈接的函數(shù)可以使用所有C++的特征，如果你想在C代碼中訪問(wèn)它，它的參數(shù)和返回值必須是在C中可訪問(wèn)的。例如，如果一個(gè)函數(shù)聲明有一個(gè)IOstream類(lèi)的引用作為參數(shù)，就沒(méi)有（可移植的）方法來(lái)解析這個(gè)參數(shù)類(lèi)型給C編譯器。C語(yǔ)言沒(méi)有引用，模板，或具備C++特征的class.

這里是一個(gè)具備C鏈接的C++函數(shù)的例子：

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

你可以在頭文件中聲明一個(gè)函數(shù)print，被C和C++代碼共用：

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

你可以至多聲明重載集中的一個(gè)函數(shù)作為extern “C”，因?yàn)橐粋€(gè)C函數(shù)僅僅可以有一個(gè)給定的名字。如果你要在C中訪問(wèn)重載函數(shù)，你可以以不同的名字寫(xiě)出C++ wrapper函數(shù)，見(jiàn)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); }

這里是C頭文件wrapper函數(shù)的例子：

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

你也需要包裹(wrapper)函數(shù)來(lái)調(diào)用template functions，因?yàn)?/font>template functions不能聲明為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++代碼仍然可以訪問(wèn)重載函數(shù)和template functions。C代碼必須使用wrapper functions。

在C中訪問(wèn)C++ class

能夠從C代碼中訪問(wèn)C++ class嗎？你可以聲明一個(gè)C struct，看上去象一個(gè)C++ class并能以某種方式調(diào)用成員函數(shù)嗎？答案是肯定的，雖然你必須為維持可移植性增加一些復(fù)雜性。任何對(duì)C++ class的定義的修改都要求你重新審查你的C代碼。

假定你有一個(gè)C++ class如下：

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

你不能在C代碼中聲明class M。你能做的最好的事就是傳遞指向class M 對(duì)象的指針，這類(lèi)似于在C標(biāo)準(zhǔn)I/O中傳遞FILE對(duì)象。你可以在C++中寫(xiě)extern “C”函數(shù)訪問(wèn)class M 對(duì)象并在C代碼中調(diào)用這些函數(shù)。下面是一個(gè)C++函數(shù)，被設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)用成員函數(shù)foo:

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

 

下面是C代碼的一個(gè)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標(biāo)準(zhǔn)I/O

你可以在C++程序中使用來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)C頭文件<stdio.h>的C標(biāo)準(zhǔn)I/O，因?yàn)?/font>C標(biāo)準(zhǔn)I/O是C++的一部分。

任何關(guān)于在同一個(gè)程序中混合IOstream和標(biāo)準(zhǔn)I/O的考慮都不依賴(lài)于程序是否以明確地包含C代碼。這個(gè)問(wèn)題對(duì)于純粹的C++程序使用標(biāo)準(zhǔn)I/O和IOstream是一樣的。

Sun C和C++使用同樣的C運(yùn)行時(shí)庫(kù)，這在關(guān)于兼容的編譯器小節(jié)中注明過(guò)了。使用Sun編譯器，你可以在同一個(gè)程序中自由地在C和C++代碼中使用標(biāo)準(zhǔn)I/O。

C++標(biāo)準(zhǔn)說(shuō)，你可以在同一個(gè)目標(biāo)“流（stream）”上混合使用標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)和IOstream函數(shù)，比如標(biāo)準(zhǔn)輸入和輸出流。但是C++實(shí)現(xiàn)在它們的遵從度上可能不同。一些系統(tǒng)要求你在做任何I/O之前先顯式地調(diào)用sync_with_stdio()函數(shù)。在同一個(gè)流或者文件上混合I/O風(fēng)格，實(shí)現(xiàn)品在I/O的效能方面也不同。最差情況下，你得到為每個(gè)字符的輸入輸出做一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的結(jié)果。如果程序有大量的I/O，性能可能是不可接受的。

最安全的途徑是對(duì)任一給定的文件/標(biāo)準(zhǔn)流，堅(jiān)持使用標(biāo)準(zhǔn)I/O或IOstream風(fēng)格。在一個(gè)文件或流上使用標(biāo)準(zhǔn)I/O，在另一個(gè)不同的一個(gè)文件或流上使用IOstream，不會(huì)導(dǎo)致任何問(wèn)題。

使用指向函數(shù)的指針

指向函數(shù)的指針必須指明是否指向一個(gè)C函數(shù)或C++函數(shù)，因?yàn)?/font>C和C++函數(shù)可能采用不同的調(diào)用約定。否則，編譯器不知道究竟要產(chǎn)生哪種函數(shù)調(diào)用的代碼。多數(shù)系統(tǒng)對(duì)C和C++并沒(méi)有不同的調(diào)用約定，但是C++允許存在這種可能性。因此你必須在聲明指向函數(shù)的指針時(shí)要小心，確保類(lèi)型匹配?？紤]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聲明了pfun指向一個(gè)C++函數(shù)，因?yàn)樗鄙冁溄诱f(shuō)明符。
Line 2聲明foo為一個(gè)C函數(shù)，它具有一個(gè)指向C++函數(shù)的指針。
Line 5試圖用指向g的指針調(diào)用foo，g是一個(gè)C函數(shù)，所以類(lèi)型不匹配。

要確保指向函數(shù)的指針的鏈接規(guī)范與它將要指向的函數(shù)匹配。在下面這個(gè)正確的例子中，所有聲明都包含在extern “C”花括號(hào)中，確保了類(lèi)型匹配。

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

指向函數(shù)指針有另外一個(gè)微妙之處，它可能給程序員帶來(lái)陷阱。鏈接規(guī)范應(yīng)用于函數(shù)所有的參數(shù)類(lèi)型和返回類(lèi)型上。如果你將一個(gè)詳細(xì)聲明的指向函數(shù)的指針（pointer-to-function）用作函數(shù)參數(shù)，鏈接規(guī)范也同樣地作用在了這個(gè)指向函數(shù)的指針上。如果你通過(guò)使用typedef聲明了一個(gè)指向函數(shù)的指針，這個(gè)typedef類(lèi)型在用于函數(shù)聲明中時(shí)，鏈接規(guī)范不會(huì)受到影響。例如，考慮下面的代碼：

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

前兩行可以出現(xiàn)在一個(gè)程序文件中，第三行可以出現(xiàn)在一個(gè)頭文件中，在此頭文件中你不想暴露出內(nèi)部使用的typedef的名字。盡管你想讓foo的聲明和定義相匹配，但它們不匹配。foo的定義接受一個(gè)指向C++函數(shù)的指針，但是其聲明接受一個(gè)指向C函數(shù)的指針。這段代碼聲明了一對(duì)重載函數(shù)。（譯注：在此是參數(shù)類(lèi)型的鏈接規(guī)范不同。）

為了避免這個(gè)問(wèn)題，得在聲明中一致地使用typedefs，或者以某個(gè)適當(dāng)?shù)逆溄右?guī)范包圍typedefs。例如，假定你想讓foo接受一個(gè)指向C函數(shù)的指針，你可以以下面的方式寫(xiě)出foo的定義：

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

使用C++異常

傳播（Propagating）異常
從C函數(shù)中調(diào)用C++函數(shù)，并且C++函數(shù)拋出了一個(gè)異常，將會(huì)發(fā)生什么？在是否會(huì)使得該異常有適當(dāng)?shù)男袨檫@個(gè)問(wèn)題上C++標(biāo)準(zhǔn)有些含糊，并且在一些系統(tǒng)上你不得不采取特別的預(yù)防措施。一般而言，你必須得求諸用戶(hù)手冊(cè)來(lái)確定代碼是否以適當(dāng)?shù)姆绞焦ぷ鳌?/font>

Sun C++中不需要預(yù)防措施。Sun C++中的異常機(jī)制不影響函數(shù)調(diào)用的方式。當(dāng)C++異常被拋出時(shí)，如果一個(gè)C函數(shù)正處于活動(dòng)狀態(tài)，C函數(shù)將轉(zhuǎn)交給異常處理過(guò)程。

混合異常和set_jmp，long_jmp
最好的建議是在包含C++代碼的程序中不要使用long_jmp。C++異常機(jī)制和C++關(guān)于銷(xiāo)毀超出作用域?qū)ο蟮囊?guī)則可能被long_jmp違反，從而得到不確定的結(jié)果。一些編譯器整合了異常和long_jmp，允許它們協(xié)同工作，但你不能依賴(lài)這樣的行為。Sun C++使用與C編譯器相同的set_jmp和long_jmp。

許多C++專(zhuān)家相信long_jmp不應(yīng)該與異常整合，因?yàn)楹芾щy準(zhǔn)確地指定它該如何作為。

如果你在混合有C++的C代碼中使用long_jmp，要確保long_jmp不要跨越（cross over）活動(dòng)的C++函數(shù)。如果你不能確保這點(diǎn)，查看一下是否你可以通過(guò)禁用異常來(lái)編譯那個(gè)C++代碼。如果對(duì)象的析構(gòu)器被繞過(guò)了，你仍舊可能有問(wèn)題。

鏈接程序

某時(shí)，多數(shù)C++編譯器要求main函數(shù)要被C++編譯。這個(gè)要求今天來(lái)說(shuō)并不常見(jiàn)，Sun C++就不要求這點(diǎn)。如果你的C++編譯器需要編譯main函數(shù)，但你由于某種原因不能這么做，你可以改變C main函數(shù)的名字并從一個(gè)C++ main的包裹函數(shù)中調(diào)用它。例如，改變C main函數(shù)的名字為C_main，并寫(xiě)如下C++代碼：

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

當(dāng)然，C_main必須是被聲明在C代碼中，并返回一個(gè)int。如上注解，使用Sun C++是不會(huì)有這個(gè)麻煩。

即使你的程序主要由C代碼構(gòu)成，但使用了C++庫(kù)，你需要鏈接C++運(yùn)行時(shí)以支持與C++編譯器提供的庫(kù)一起編譯進(jìn)程序。做這件事的最簡(jiǎn)單和最好的方式是使用C++編譯器驅(qū)動(dòng)鏈接過(guò)程。C++編譯器的驅(qū)動(dòng)器知道要鏈接什么庫(kù)，次序如何。特定的庫(kù)可以依賴(lài)編譯C++代碼時(shí)使用的選項(xiàng)。

假定你有C程序文件main.o, f1.o和f2.o，你可以使用C++程序庫(kù)helper.a。用Sun C++，你要如下引發(fā)命令行：

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

必要的C++運(yùn)行時(shí)庫(kù)，如libCrun和libCstd被自動(dòng)地鏈接進(jìn)去。helper.a可能要求使用額外的鏈接選項(xiàng)。如果你由于某種原因不能使用C++編譯器，你可以使用CC命令的dryrun選項(xiàng)來(lái)獲得編譯器引發(fā)出的命令列表，并把它們捕獲進(jìn)一個(gè)shell腳本。因?yàn)榇_切的命令(復(fù)數(shù))依賴(lài)于命令行選項(xiàng)，你應(yīng)該復(fù)查—dryrun選項(xiàng)輸出和命令行的任何一個(gè)變動(dòng)。

更多信息

 

-	Sun ONE Studio C/C++ Documentation  Sun ONE C和C++編譯器的最新信息，包括man手冊(cè)頁(yè)和readme文件。

關(guān)于作者

Steve Clamage從1994年在Sun至今?。它當(dāng)前是C++編譯器和Sun ONE Studio編譯器套件的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)。它從1995年開(kāi)始是ANSI C++委員會(huì)的主席。

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