【c/c++】c和cpp混合编译

Frank Castle2023-09-02 19:09

c和cpp混合编译

cpp 复制代码 
#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

extern int test(int, int);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

在这段代码中，#ifdef __cplusplus 和 #endif 之间的代码是为了在 C++ 中使用 C 语言的函数声明和定义时，确保编译器正确地处理 C 和 C++ 之间的语法差异。这是因为 C 和 C++ 有一些不同之处，包括函数名的重载、类型转换等。

在这段代码中，extern "C" 是一个 C++ 的特性，它告诉编译器要按照 C 的方式来处理其中的函数。具体来说：

#ifdef __cplusplus：这个条件编译指令检查是否正在编译 C++ 代码。__cplusplus 是一个宏，当编译器编译 C++ 代码时，它会被定义。因此，如果代码正在编译为 C++，那么这个条件成立。

extern "C" {：如果正在编译为 C++，那么 extern "C" 会告诉编译器，接下来的代码块中的函数应该以 C 的方式进行链接，而不是 C++ 的方式。这是因为在 C++ 中，函数名可以发生函数重载（同一个函数名可以有不同的参数列表），而在 C 中没有这个概念。因此，通过将函数声明包裹在 extern "C" 中，可以确保它们以 C 的方式进行链接，这样cpp代码可以与纯 C 代码一起使用而不会出现问题。

#endif：这是条件编译的结束指令，它用来结束 #ifdef __cplusplus 开始的条件编译块。如果不是在编译 C++ 代码，这个块中的代码会被忽略。

总之，这段代码的作用是确保在 C++ 中使用 C 语言函数时，编译器不会将其与 C++ 的语法特性混淆，从而确保代码的正确性。这在涉及到与 C 代码互操作的情况下非常有用，因为 C++ 和 C 之间存在一些重要的差异。

C++编译的时候会改函数的名字

C++ 在编译时会对函数的名字进行改编，这个过程被称为名称修饰（Name Mangling）。这是因为 C++ 允许函数重载，也就是说，可以定义多个同名函数，只要它们的参数列表不同。为了区分这些重载函数，C++ 编译器会对函数名进行修饰，将参数信息包含在函数名中，从而创建唯一的函数标识符。

举例来说，如果有以下两个函数：

cpp 复制代码 
int add(int a, int b);
double add(double a, double b);

在编译时，C++ 编译器会对这两个函数的名称进行改编，以便区分它们。名称修饰的结果可能会变成类似于 _Z3addii 和 _Z3adddd 这样的标识符，具体的修饰规则取决于编译器和平台。

然而，C 语言不支持函数重载，因此在 C 中不需要进行名称修饰。函数的名称在 C 中保持原样。这就是为什么在 C++ 中与 C 代码进行交互时需要使用 extern "C" 声明来告诉编译器不要对函数名称进行修饰，以便正确链接到 C 代码。

所以，为了确保 C++ 代码与 C 代码正确地进行交互，需要使用 extern "C" 声明，以防止 C++ 编译器对函数名称进行修饰，从而保持与 C 代码的兼容性。这样可以确保 C++ 代码能够与不进行名称修饰的 C 函数正确匹配。

从汇编的角度详细解释

名称修饰（Name Mangling）是一个高级语言（如C++）到汇编语言层面的概念，它涉及到函数和类的名称在汇编代码中的表示方式。不同编译器和平台可能会有不同的名称修饰规则，下面我将通过一个简单的例子来说明这个概念。

首先，让我们看一个简单的C++代码(extern "C")：

cpp 复制代码 
#include <iostream>
extern "C"
{
int add(int a, int b) {
    return a + b;
}
}
int main() {
    int result = add(3, 4);
    std::cout << result << std::endl;
    return 0;
}

接下来，我们将使用 g++ 编译这段代码，并通过汇编工具查看生成的汇编代码。可以使用以下命令来编译代码并生成汇编文件：

bash 复制代码 
g++ -S -o example.s example.cpp

上述命令中，-S 选项告诉 g++ 生成汇编代码，并将其输出到 example.s 文件中。现在，让我们查看生成的 example.s 文件：

assembly 复制代码 
	.file	"example.cpp"
	.text
	.local	_ZStL8__ioinit
	.comm	_ZStL8__ioinit,1,1
	.globl	add
	.type	add, @function
add:
.LFB1731:
	.cfi_startproc
	endbr64
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movl	%edi, -4(%rbp)
	movl	%esi, -8(%rbp)
	movl	-4(%rbp), %edx
	movl	-8(%rbp), %eax
	addl	%edx, %eax
	popq	%rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE1731:
	.size	add, .-add
	.globl	main
	.type	main, @function
main:
.LFB1732:
	.cfi_startproc
	endbr64
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$16, %rsp
	movl	$4, %esi
	movl	$3, %edi
	call	add
	movl	%eax, -4(%rbp)
	movl	-4(%rbp), %eax
	movl	%eax, %esi
	leaq	_ZSt4cout(%rip), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZNSolsEi@PLT
	movq	_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_@GOTPCREL(%rip), %rdx
	movq	%rdx, %rsi
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZNSolsEPFRSoS_E@PLT
	movl	$0, %eax
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE1732:
	.size	main, .-main
	.type	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, @function
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii:
.LFB2232:
	.cfi_startproc
	endbr64
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	subq	$16, %rsp
	movl	%edi, -4(%rbp)
	movl	%esi, -8(%rbp)
	cmpl	$1, -4(%rbp)
	jne	.L7
	cmpl	$65535, -8(%rbp)
	jne	.L7
	leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	_ZNSt8ios_base4InitC1Ev@PLT
	leaq	__dso_handle(%rip), %rax
	movq	%rax, %rdx
	leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
	movq	%rax, %rsi
	movq	_ZNSt8ios_base4InitD1Ev@GOTPCREL(%rip), %rax
	movq	%rax, %rdi
	call	__cxa_atexit@PLT
.L7:
	nop
	leave
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE2232:
	.size	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, .-_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
	.type	_GLOBAL__sub_I_add, @function
_GLOBAL__sub_I_add:
.LFB2233:
	.cfi_startproc
	endbr64
	pushq	%rbp
	.cfi_def_cfa_offset 16
	.cfi_offset 6, -16
	movq	%rsp, %rbp
	.cfi_def_cfa_register 6
	movl	$65535, %esi
	movl	$1, %edi
	call	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
	popq	%rbp
	.cfi_def_cfa 7, 8
	ret
	.cfi_endproc
.LFE2233:
	.size	_GLOBAL__sub_I_add, .-_GLOBAL__sub_I_add
	.section	.init_array,"aw"
	.align 8
	.quad	_GLOBAL__sub_I_add
	.hidden	__dso_handle
	.ident	"GCC: (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04.1) 11.3.0"
	.section	.note.GNU-stack,"",@progbits
	.section	.note.gnu.property,"a"
	.align 8
	.long	1f - 0f
	.long	4f - 1f
	.long	5
0:
	.string	"GNU"
1:
	.align 8
	.long	0xc0000002
	.long	3f - 2f
2:
	.long	0x3
3:
	.align 8
4:

在上述汇编代码中，我们关注的是 add函数和 main 函数。注意以下几点：

  1. .globl add表示 add 函数是全局可见的，这是因为我们在 main 函数中调用了它。

  2. .type add, @function 表示 add 函数是一个函数。

  3. .size add, .-add 给出了 add 函数的大小。

  4. add: 标识了 add 函数的入口点。

  5. call add是在 main 函数中调用 add 函数的指令。

从这个例子中，可以看到函数 add 在汇编代码中的名称没有发生明显的变化，因为这是一个普通的 C 函数。名称修饰通常在涉及到函数重载、命名空间、类等高级语言特性时变得更加复杂。不同的编译器和平台可能会使用不同的规则来进行名称修饰，所以具体的名称修饰方式会有所不同。

下面是不使用extern "C"的汇编代码:

cpp 复制代码 
#include <iostream>

int add(int a, int b) {
    return a + b;
}

int main() {
    int result = add(3, 4);
    std::cout << result << std::endl;
    return 0;
}

再次使用以下命令来编译代码并生成汇编文件：

bash 复制代码 
g++ -S -o example.s example.cpp

查看生成的 example.s 文件：

assembly 复制代码 
	.file	"example.cpp"
   .text
   .local	_ZStL8__ioinit
   .comm	_ZStL8__ioinit,1,1
   .globl	_Z3addii
   .type	_Z3addii, @function
_Z3addii:
.LFB1731:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   movl	%edi, -4(%rbp)
   movl	%esi, -8(%rbp)
   movl	-4(%rbp), %edx
   movl	-8(%rbp), %eax
   addl	%edx, %eax
   popq	%rbp
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE1731:
   .size	_Z3addii, .-_Z3addii
   .globl	main
   .type	main, @function
main:
.LFB1732:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   subq	$16, %rsp
   movl	$4, %esi
   movl	$3, %edi
   call	_Z3addii
   movl	%eax, -4(%rbp)
   movl	-4(%rbp), %eax
   movl	%eax, %esi
   leaq	_ZSt4cout(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSolsEi@PLT
   movq	_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_@GOTPCREL(%rip), %rdx
   movq	%rdx, %rsi
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSolsEPFRSoS_E@PLT
   movl	$0, %eax
   leave
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE1732:
   .size	main, .-main
   .type	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, @function
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii:
.LFB2232:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   subq	$16, %rsp
   movl	%edi, -4(%rbp)
   movl	%esi, -8(%rbp)
   cmpl	$1, -4(%rbp)
   jne	.L7
   cmpl	$65535, -8(%rbp)
   jne	.L7
   leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSt8ios_base4InitC1Ev@PLT
   leaq	__dso_handle(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdx
   leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
   movq	%rax, %rsi
   movq	_ZNSt8ios_base4InitD1Ev@GOTPCREL(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	__cxa_atexit@PLT
.L7:
   nop
   leave
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE2232:
   .size	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, .-_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
   .type	_GLOBAL__sub_I__Z3addii, @function
_GLOBAL__sub_I__Z3addii:
.LFB2233:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   movl	$65535, %esi
   movl	$1, %edi
   call	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
   popq	%rbp
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE2233:
   .size	_GLOBAL__sub_I__Z3addii, .-_GLOBAL__sub_I__Z3addii
   .section	.init_array,"aw"
   .align 8
   .quad	_GLOBAL__sub_I__Z3addii
   .hidden	__dso_handle
   .ident	"GCC: (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04.1) 11.3.0"
   .section	.note.GNU-stack,"",@progbits
   .section	.note.gnu.property,"a"
   .align 8
   .long	1f - 0f
   .long	4f - 1f
   .long	5
0:
   .string	"GNU"
1:
   .align 8
   .long	0xc0000002
   .long	3f - 2f
2:
   .long	0x3
3:
   .align 8
4:

要查看真正的名称修饰效果，可以尝试创建一个包含类和函数重载的更复杂的 C++ 示例，并查看生成的汇编代码，以了解不同情况下的名称修饰规则。但需要注意的是，名称修饰通常是编译器的内部实现细节，不同编译器可能会有不同的名称修饰方案。

下面是一个包含类和函数重载的较复杂的 C++ 示例：

cpp 复制代码 
#include <iostream>

class Math {
public:
   int add(int a, int b) {
       return a + b;
   }

   double add(double a, double b) {
       return a + b;
   }
};

int main() {
   Math math;
   int intResult = math.add(3, 4);
   double doubleResult = math.add(2.5, 3.7);

   std::cout << "Integer result: " << intResult << std::endl;
   std::cout << "Double result: " << doubleResult << std::endl;

   return 0;
}

在这个示例中，我们定义了一个名为 Math 的类，其中包含了两个 add 函数，一个用于整数相加，另一个用于浮点数相加。这两个函数具有相同的名称，但参数类型不同，这就是函数重载。

接下来，我们编译这个示例并查看生成的汇编代码。使用以下命令来生成汇编文件：

bash 复制代码 
g++ -S -o complex_example.s complex_example.cpp

现在，让我们查看生成的 complex_example.s 文件中与 Math 类和 add 函数相关的部分：

assembly 复制代码 
   .file	"complex_example.cpp"
   .text
   .local	_ZStL8__ioinit
   .comm	_ZStL8__ioinit,1,1
   .section	.text._ZN4Math3addEii,"axG",@progbits,_ZN4Math3addEii,comdat
   .align 2
   .weak	_ZN4Math3addEii
   .type	_ZN4Math3addEii, @function
_ZN4Math3addEii:
.LFB1731:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   movq	%rdi, -8(%rbp)
   movl	%esi, -12(%rbp)
   movl	%edx, -16(%rbp)
   movl	-12(%rbp), %edx
   movl	-16(%rbp), %eax
   addl	%edx, %eax
   popq	%rbp
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE1731:
   .size	_ZN4Math3addEii, .-_ZN4Math3addEii
   .section	.text._ZN4Math3addEdd,"axG",@progbits,_ZN4Math3addEdd,comdat
   .align 2
   .weak	_ZN4Math3addEdd
   .type	_ZN4Math3addEdd, @function
_ZN4Math3addEdd:
.LFB1732:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   movq	%rdi, -8(%rbp)
   movsd	%xmm0, -16(%rbp)
   movsd	%xmm1, -24(%rbp)
   movsd	-16(%rbp), %xmm0
   addsd	-24(%rbp), %xmm0
   movq	%xmm0, %rax
   movq	%rax, %xmm0
   popq	%rbp
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE1732:
   .size	_ZN4Math3addEdd, .-_ZN4Math3addEdd
   .section	.rodata
.LC2:
   .string	"Integer result: "
.LC3:
   .string	"Double result: "
   .text
   .globl	main
   .type	main, @function
main:
.LFB1733:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   subq	$32, %rsp
   movq	%fs:40, %rax
   movq	%rax, -8(%rbp)
   xorl	%eax, %eax
   leaq	-21(%rbp), %rax
   movl	$4, %edx
   movl	$3, %esi
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZN4Math3addEii
   movl	%eax, -20(%rbp)
   movsd	.LC0(%rip), %xmm0
   movq	.LC1(%rip), %rdx
   leaq	-21(%rbp), %rax
   movapd	%xmm0, %xmm1
   movq	%rdx, %xmm0
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZN4Math3addEdd
   movq	%xmm0, %rax
   movq	%rax, -16(%rbp)
   leaq	.LC2(%rip), %rax
   movq	%rax, %rsi
   leaq	_ZSt4cout(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc@PLT
   movq	%rax, %rdx
   movl	-20(%rbp), %eax
   movl	%eax, %esi
   movq	%rdx, %rdi
   call	_ZNSolsEi@PLT
   movq	_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_@GOTPCREL(%rip), %rdx
   movq	%rdx, %rsi
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSolsEPFRSoS_E@PLT
   leaq	.LC3(%rip), %rax
   movq	%rax, %rsi
   leaq	_ZSt4cout(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_PKc@PLT
   movq	%rax, %rdx
   movq	-16(%rbp), %rax
   movq	%rax, %xmm0
   movq	%rdx, %rdi
   call	_ZNSolsEd@PLT
   movq	_ZSt4endlIcSt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIT_T0_ES6_@GOTPCREL(%rip), %rdx
   movq	%rdx, %rsi
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSolsEPFRSoS_E@PLT
   movl	$0, %eax
   movq	-8(%rbp), %rdx
   subq	%fs:40, %rdx
   je	.L7
   call	__stack_chk_fail@PLT
.L7:
   leave
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE1733:
   .size	main, .-main
   .type	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, @function
_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii:
.LFB2237:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   subq	$16, %rsp
   movl	%edi, -4(%rbp)
   movl	%esi, -8(%rbp)
   cmpl	$1, -4(%rbp)
   jne	.L10
   cmpl	$65535, -8(%rbp)
   jne	.L10
   leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	_ZNSt8ios_base4InitC1Ev@PLT
   leaq	__dso_handle(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdx
   leaq	_ZStL8__ioinit(%rip), %rax
   movq	%rax, %rsi
   movq	_ZNSt8ios_base4InitD1Ev@GOTPCREL(%rip), %rax
   movq	%rax, %rdi
   call	__cxa_atexit@PLT
.L10:
   nop
   leave
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE2237:
   .size	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii, .-_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
   .type	_GLOBAL__sub_I_main, @function
_GLOBAL__sub_I_main:
.LFB2238:
   .cfi_startproc
   endbr64
   pushq	%rbp
   .cfi_def_cfa_offset 16
   .cfi_offset 6, -16
   movq	%rsp, %rbp
   .cfi_def_cfa_register 6
   movl	$65535, %esi
   movl	$1, %edi
   call	_Z41__static_initialization_and_destruction_0ii
   popq	%rbp
   .cfi_def_cfa 7, 8
   ret
   .cfi_endproc
.LFE2238:
   .size	_GLOBAL__sub_I_main, .-_GLOBAL__sub_I_main
   .section	.init_array,"aw"
   .align 8
   .quad	_GLOBAL__sub_I_main
   .section	.rodata
   .align 8
.LC0:
   .long	-1717986918
   .long	1074633113
   .align 8
.LC1:
   .long	0
   .long	1074003968
   .hidden	__dso_handle
   .ident	"GCC: (Ubuntu 11.3.0-1ubuntu1~22.04.1) 11.3.0"
   .section	.note.GNU-stack,"",@progbits
   .section	.note.gnu.property,"a"
   .align 8
   .long	1f - 0f
   .long	4f - 1f
   .long	5
0:
   .string	"GNU"
1:
   .align 8
   .long	0xc0000002
   .long	3f - 2f
2:
   .long	0x3
3:
   .align 8
4:

在这个汇编代码中，可以看到两个 add 函数的名称发生了变化，它们被命名为 _ZN4Math3addEii 和 _ZN4Math3addEdd。这些名称修饰是由编译器根据函数的参数类型生成的，以确保在汇编级别可以区分这两个重载函数。

这个示例演示了名称修饰在涉及到函数重载的情况下的应用，以确保正确的函数被调用。在实际应用中，名称修饰对于支持函数重载、运算符重载以及类的成员函数等高级语言特性非常重要。

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