为什么C++的 extern "C" 里面可以使用C里面不存在的STL和引用&等C++才有的特性 ?
你提出的这个问题很有意思，涉及到 C++ 和 C 之间的接口以及 `extern "C"` 的作用。简单来说，`extern "C"` 的核心功能是指示编译器在进行名称修饰（name mangling）时，遵循 C 语言的规则，而不是 C++ 的规则。它本身并不限制你在 C++ 代码块中使用的语言特性，而是控制外部链接（external linkage）时符号的表示方式。
为了把这个问题讲清楚，我们需要一步步来剖析：
1. C++ 和 C 的名称修饰（Name Mangling）差异
这是理解 `extern "C"` 关键的基础。
C 语言： C 语言的标准非常简洁，它不进行名称修饰。一个函数或全局变量的符号名就是它在源代码中的名字。例如，一个名为 `my_function` 的函数，在编译后生成的对象文件中，它的符号名就是 `my_function`（可能前面会加上一个下划线，这取决于具体的平台和编译器，但核心是名字本身）。
C++ 语言： C++ 为了支持函数重载（overloading）、命名空间（namespaces）、类成员函数（member functions）等特性，引入了名称修饰（name mangling 或 name decoration）的机制。编译器会将函数的参数类型、const/volatile 等信息编码到函数名中，生成一个唯一的符号名。
函数重载： 如果你有 `void func(int x)` 和 `void func(double y)` 两个函数，C++ 编译器会将它们变成不同的符号，例如 `_Z4funci` 和 `_Z4funcd`（这是一个GCC风格的例子）。这样，在链接时，链接器就能区分并找到正确的函数。
命名空间： 位于不同命名空间下的同名函数也会被区分开。
类成员函数： 类成员函数会被修饰，以包含类名和参数信息。
举个例子：
假设你在 C++ 中有一个函数：
```c++
void greet(int id) {
// ...
}
```
在 C++ 环境下编译，这个 `greet` 函数在对象文件中生成的符号名可能不是 `greet`，而是类似 `_Z5greethi` 这样的。
2. `extern "C"` 的真正作用：控制链接
`extern "C"` 的核心是告诉 C++ 编译器：请为这个函数（或变量）生成 C 语言风格的符号名，而不是 C++ 风格的名称修饰后的符号名。
当你写下：
```c++
extern "C" void c_style_function(int x) {
// ... 这是C++代码
}
```
这句声明的意思是：`c_style_function` 这个函数，它的链接属性要按照 C 的方式来处理。这意味着，在生成的目标文件或库中，它的符号名将是 `c_style_function`（或平台相关的简单前缀，如 `_c_style_function`），而不是 C++ 修饰过的 `_Z15c_style_functioni` 之类的名字。
为什么需要这样做？
因为 C 和 C++ 的目标文件在链接时需要能够互相识别。如果 C++ 代码想要暴露一个函数给 C 代码调用，那么 C 代码中的链接器就必须能够找到那个没有经过 C++ 名称修饰的符号。反之亦然，如果 C 代码想要调用一个 C++ 库中的函数，并且该函数是按照 C 接口暴露的，那么 C++ 编译器就需要在该函数上标记 `extern "C"`。
3. `extern "C"` 块内的 C++ 特性：独立于名称修饰
关键在于，`extern "C"` 只影响符号名称的生成方式，它并不禁止你在 `extern "C"` 代码块内部使用 C++ 的特性。
当你写下：
```c++
extern "C" { // 开始一个C linkage块
// 这是一个C++类
class MyCppClass {
public:
MyCppClass(int val) : value(val) {}
void display() {
// 这里的 cout, std::vector 是C++特性
std::cout << "Value: " << value << std::endl;
}
private:
int value;
std::vector data; // STL 容器
};
// 这是一个C++函数，它使用了上面C++类
void use_cpp_class(int v) {
MyCppClass obj(v);
obj.display();
}
// 这是一个使用引用的函数
void process_reference(int& num) {
num = 2;
}
} // 结束C linkage块
```
在这个 `extern "C"` 块内部：
STL (Standard Template Library)： 你可以使用 `std::vector`、`std::cout` 等 STL 库的组件。这些组件在 C++ 的名称修饰规则下，会有自己的修饰名称。
引用 (`&`)： 你可以定义参数为引用的函数，比如 `void process_reference(int& num)`。
类 (`class`)、对象 (`obj`)、成员函数 (`obj.display()`)： 你可以定义和使用 C++ 的类、对象以及调用它们的成员函数。
关键点来了：
1. 内部实现是 C++ 的： `MyCppClass` 的定义、`use_cpp_class` 函数的实现、`process_reference` 函数的实现，这些都是纯粹的 C++ 代码。编译器会按照 C++ 的规则来编译它们，包括为类成员函数进行名称修饰（例如 `MyCppClass::display` 可能会被修饰成类似 `_ZN12MyCppClass7displayEv`）。
2. 暴露接口的名称是 C 的： 但是，当这些 C++ 代码被包装在 `extern "C"` 块中时，编译器被指示：对于这些外部可见的函数符号（比如 `use_cpp_class` 和 `process_reference`），它们在链接层面，应该使用 C 的命名约定。
那么，STL 和引用等 C++ 特性是如何在 `extern "C"` 的 C 链接接口中“工作”的呢？
这不是 `extern "C"` 让 C++ 特性“跑进”了 C 的符号世界，而是说：
被 C 链接的函数内部，可以使用任何 C++ 特性。
但如果你要从 C 代码调用这个函数，你看到的是一个 C 风格的函数名，并且传递的参数也要符合 C 的调用约定（通常是值传递，或者指针传递，但 `extern "C"` 内部的 C++ 函数可以接受引用，因为最终底层的汇编指令会处理引用到指针的转换，而这个转换过程对 C 调用者是透明的，只要函数名是 C 风格的即可）。
举例来说明：
考虑 `process_reference(int& num)` 这个函数。
C++ 编译器内部： 它会生成一个符号，可能类似 `_Z15process_referenceR i`（表示 `process_reference` 函数接受一个 `int&` 类型的参数）。函数体内部，`num` 的使用会被翻译成对传入的指针进行解引用和修改。
`extern "C"` 的作用： 当这个函数被 `extern "C"` 包裹后，编译器承诺，在生成目标文件中，这个函数的外部可见符号名会是 `process_reference`（或者 `_process_reference`）。
C 代码调用： 一个 C 程序调用 `process_reference` 函数时，它会传递一个 `int` 的地址（指针）：
```c
int my_var = 10;
// 调用的是 extern "C" 块中的那个函数，但链接时找到的是名为 "process_reference" 的符号
process_reference(&my_var);
// my_var 现在是 20
```
这里的 `process_reference` 在 C 链接视角下是一个普通的函数，它接受一个 `int `。C++ 编译器在编译 `extern "C"` 块内的 C++ 函数时，会确保它生成的汇编代码能够正确处理传入的指针（对应 C++ 中的引用），并且生成的 C 符号名是正确的。
STL 的情况也类似：
假设 `use_cpp_class` 函数使用 `std::vector`：
```c++
extern "C" {
include // 包含STL头文件
void use_vector(int size) {
std::vector vec(size); // 使用STL
vec.push_back(10);
// ... 其他操作
}
}
```
C++ 编译器内部： `std::vector` 的内部实现，包括它的构造函数、`push_back` 等成员函数，都会被 C++ 编译器按照 C++ 的规则编译和名称修饰。生成的符号可能包含 `std::vector` 的命名空间信息和方法名信息。
`extern "C"` 的作用： 它只影响 `use_vector` 这个顶层函数的外部符号名。生成的符号将是 `use_vector`。
C 代码调用： C 代码调用 `use_vector(5)` 时，它并不知道 `use_vector` 的实现中使用了 `std::vector`。它只是调用一个 C 风格的函数。而 `use_vector` 的 C++ 实现负责正确地实例化、使用 `std::vector`，并最终返回。
总结一下：
`extern "C"` 的作用是隔离 C++ 特有的名称修饰规则，使其在 C 和 C++ 代码的交叉编译和链接时，表现得像一个纯粹的 C 函数或全局变量一样，拥有一个简单且固定的符号名。
它并不限制你在 `extern "C"` 代码块内部编写 C++ 代码的自由度。你可以尽情使用 C++ 的所有特性，包括 STL、引用、类、模板等等。这些 C++ 特性在 C++ 环境下被正确编译和链接。当这些被 C++ 特性支持的 C++ 函数被指定为 `extern "C"` 时，C++ 编译器会确保它们暴露的外部链接符号符合 C 的规范，同时生成的目标代码仍然能够正确地调用和使用内部的 C++ 特性。
你可以这样理解：`extern "C"` 像是一个“翻译官”，它确保 C++ 代码中的某个函数，在与 C 代码交流时，能够使用 C 能听懂的“语言”（即 C 风格的符号名和调用约定），但函数内部的实现细节（包括使用 C++ 特性）由 C++ 本身负责处理，并且这种内部实现对外部的 C 代码是透明的。
为了把这个问题讲清楚，我们需要一步步来剖析：
1. C++ 和 C 的名称修饰（Name Mangling）差异
这是理解 `extern "C"` 关键的基础。
C 语言： C 语言的标准非常简洁，它不进行名称修饰。一个函数或全局变量的符号名就是它在源代码中的名字。例如，一个名为 `my_function` 的函数，在编译后生成的对象文件中，它的符号名就是 `my_function`（可能前面会加上一个下划线，这取决于具体的平台和编译器，但核心是名字本身）。
C++ 语言： C++ 为了支持函数重载（overloading）、命名空间（namespaces）、类成员函数（member functions）等特性，引入了名称修饰（name mangling 或 name decoration）的机制。编译器会将函数的参数类型、const/volatile 等信息编码到函数名中，生成一个唯一的符号名。
函数重载： 如果你有 `void func(int x)` 和 `void func(double y)` 两个函数，C++ 编译器会将它们变成不同的符号，例如 `_Z4funci` 和 `_Z4funcd`（这是一个GCC风格的例子）。这样，在链接时，链接器就能区分并找到正确的函数。
命名空间： 位于不同命名空间下的同名函数也会被区分开。
类成员函数： 类成员函数会被修饰，以包含类名和参数信息。
举个例子：
假设你在 C++ 中有一个函数：
```c++
void greet(int id) {
// ...
}
```
在 C++ 环境下编译，这个 `greet` 函数在对象文件中生成的符号名可能不是 `greet`，而是类似 `_Z5greethi` 这样的。
2. `extern "C"` 的真正作用：控制链接
`extern "C"` 的核心是告诉 C++ 编译器：请为这个函数（或变量）生成 C 语言风格的符号名，而不是 C++ 风格的名称修饰后的符号名。
当你写下：
```c++
extern "C" void c_style_function(int x) {
// ... 这是C++代码
}
```
这句声明的意思是：`c_style_function` 这个函数，它的链接属性要按照 C 的方式来处理。这意味着，在生成的目标文件或库中，它的符号名将是 `c_style_function`（或平台相关的简单前缀，如 `_c_style_function`），而不是 C++ 修饰过的 `_Z15c_style_functioni` 之类的名字。
为什么需要这样做？
因为 C 和 C++ 的目标文件在链接时需要能够互相识别。如果 C++ 代码想要暴露一个函数给 C 代码调用，那么 C 代码中的链接器就必须能够找到那个没有经过 C++ 名称修饰的符号。反之亦然，如果 C 代码想要调用一个 C++ 库中的函数，并且该函数是按照 C 接口暴露的，那么 C++ 编译器就需要在该函数上标记 `extern "C"`。
3. `extern "C"` 块内的 C++ 特性：独立于名称修饰
关键在于，`extern "C"` 只影响符号名称的生成方式，它并不禁止你在 `extern "C"` 代码块内部使用 C++ 的特性。
当你写下：
```c++
extern "C" { // 开始一个C linkage块
// 这是一个C++类
class MyCppClass {
public:
MyCppClass(int val) : value(val) {}
void display() {
// 这里的 cout, std::vector 是C++特性
std::cout << "Value: " << value << std::endl;
}
private:
int value;
std::vector
};
// 这是一个C++函数，它使用了上面C++类
void use_cpp_class(int v) {
MyCppClass obj(v);
obj.display();
}
// 这是一个使用引用的函数
void process_reference(int& num) {
num = 2;
}
} // 结束C linkage块
```
在这个 `extern "C"` 块内部：
STL (Standard Template Library)： 你可以使用 `std::vector`、`std::cout` 等 STL 库的组件。这些组件在 C++ 的名称修饰规则下，会有自己的修饰名称。
引用 (`&`)： 你可以定义参数为引用的函数，比如 `void process_reference(int& num)`。
类 (`class`)、对象 (`obj`)、成员函数 (`obj.display()`)： 你可以定义和使用 C++ 的类、对象以及调用它们的成员函数。
关键点来了：
1. 内部实现是 C++ 的： `MyCppClass` 的定义、`use_cpp_class` 函数的实现、`process_reference` 函数的实现，这些都是纯粹的 C++ 代码。编译器会按照 C++ 的规则来编译它们，包括为类成员函数进行名称修饰（例如 `MyCppClass::display` 可能会被修饰成类似 `_ZN12MyCppClass7displayEv`）。
2. 暴露接口的名称是 C 的： 但是，当这些 C++ 代码被包装在 `extern "C"` 块中时，编译器被指示：对于这些外部可见的函数符号（比如 `use_cpp_class` 和 `process_reference`），它们在链接层面，应该使用 C 的命名约定。
那么，STL 和引用等 C++ 特性是如何在 `extern "C"` 的 C 链接接口中“工作”的呢？
这不是 `extern "C"` 让 C++ 特性“跑进”了 C 的符号世界，而是说：
被 C 链接的函数内部，可以使用任何 C++ 特性。
但如果你要从 C 代码调用这个函数，你看到的是一个 C 风格的函数名，并且传递的参数也要符合 C 的调用约定（通常是值传递，或者指针传递，但 `extern "C"` 内部的 C++ 函数可以接受引用，因为最终底层的汇编指令会处理引用到指针的转换，而这个转换过程对 C 调用者是透明的，只要函数名是 C 风格的即可）。
举例来说明：
考虑 `process_reference(int& num)` 这个函数。
C++ 编译器内部： 它会生成一个符号，可能类似 `_Z15process_referenceR i`（表示 `process_reference` 函数接受一个 `int&` 类型的参数）。函数体内部，`num` 的使用会被翻译成对传入的指针进行解引用和修改。
`extern "C"` 的作用： 当这个函数被 `extern "C"` 包裹后，编译器承诺，在生成目标文件中，这个函数的外部可见符号名会是 `process_reference`（或者 `_process_reference`）。
C 代码调用： 一个 C 程序调用 `process_reference` 函数时，它会传递一个 `int` 的地址（指针）：
```c
int my_var = 10;
// 调用的是 extern "C" 块中的那个函数，但链接时找到的是名为 "process_reference" 的符号
process_reference(&my_var);
// my_var 现在是 20
```
这里的 `process_reference` 在 C 链接视角下是一个普通的函数，它接受一个 `int `。C++ 编译器在编译 `extern "C"` 块内的 C++ 函数时，会确保它生成的汇编代码能够正确处理传入的指针（对应 C++ 中的引用），并且生成的 C 符号名是正确的。
STL 的情况也类似：
假设 `use_cpp_class` 函数使用 `std::vector`：
```c++
extern "C" {
include
void use_vector(int size) {
std::vector
vec.push_back(10);
// ... 其他操作
}
}
```
C++ 编译器内部： `std::vector` 的内部实现，包括它的构造函数、`push_back` 等成员函数，都会被 C++ 编译器按照 C++ 的规则编译和名称修饰。生成的符号可能包含 `std::vector` 的命名空间信息和方法名信息。
`extern "C"` 的作用： 它只影响 `use_vector` 这个顶层函数的外部符号名。生成的符号将是 `use_vector`。
C 代码调用： C 代码调用 `use_vector(5)` 时，它并不知道 `use_vector` 的实现中使用了 `std::vector`。它只是调用一个 C 风格的函数。而 `use_vector` 的 C++ 实现负责正确地实例化、使用 `std::vector`，并最终返回。
总结一下：
`extern "C"` 的作用是隔离 C++ 特有的名称修饰规则，使其在 C 和 C++ 代码的交叉编译和链接时，表现得像一个纯粹的 C 函数或全局变量一样，拥有一个简单且固定的符号名。
它并不限制你在 `extern "C"` 代码块内部编写 C++ 代码的自由度。你可以尽情使用 C++ 的所有特性，包括 STL、引用、类、模板等等。这些 C++ 特性在 C++ 环境下被正确编译和链接。当这些被 C++ 特性支持的 C++ 函数被指定为 `extern "C"` 时，C++ 编译器会确保它们暴露的外部链接符号符合 C 的规范，同时生成的目标代码仍然能够正确地调用和使用内部的 C++ 特性。
你可以这样理解：`extern "C"` 像是一个“翻译官”，它确保 C++ 代码中的某个函数，在与 C 代码交流时，能够使用 C 能听懂的“语言”（即 C 风格的符号名和调用约定），但函数内部的实现细节（包括使用 C++ 特性）由 C++ 本身负责处理，并且这种内部实现对外部的 C 代码是透明的。
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