CUDA程式設計中 extern "c"用法解析

簡介

　　extern “c”并不是什麼新鮮的東西，但是最在編譯CUDA程式時候出現了“error LNK2019，未定義的符号”的問題。這不用說了，連結器說找不到，那就是找不到咯。但是why？我的源碼中明明已經有了定義。

後來發現是extern “c”的問題。

extern “C”

　　C++保留了一部分過程式語言的特點，因而它可以定義不屬于任何類的全局變量和函數。但是，C++畢竟是一種面向對象的程式設計語言，為了支援函數的重載，C++對全局函數的處理方式與C有明顯的不同。

extern “C”的主要作用就是為了能夠正确實作C++代碼調用其他C語言代碼。加上extern “C”後，會訓示編譯器這部分代碼按C語言的進行編譯，而不是C++的。這很重要！由于C++支援函數重載，是以編譯器編譯函數的過程中會将函數的參數類型也加到編譯後的代碼中，而不僅僅是函數名；而C語言并不支援函數重載，是以編譯C語言代碼的函數時不會帶上函數的參數類型，一般之包括函數名。

　　如果兩份代碼，一份以C标準編譯，一份以C++标準編譯，那麼連結時候就會出現error LNK2019，未定義的符号”的問題。因為連結時，C版本和C++版本的實際簽名不一樣。同樣的，你用C 開發了一個DLL 庫，為了能夠讓C ++語言也能夠調用你的DLL輸出(Export)的函數，你需要用extern “C”來強制編譯器不要修改你的函數名。

extern “C”真正含義

　　請注意了解extern “C”的真正含義，extern “C” 包含兩層意思：

• 被它修飾的目标是“extern”類型的；
• 其次，被它修飾的目标是“C-type”的。

因為C++通常被認為是C的超集，導緻我們在了解時候有誤，認為C的代碼一定可以用C++編譯器編譯。現在看來，還是有很多誤區。下面詳細講講extern “C” 包含的兩層意思。

extern類型

　　extern是C/C++語言中表明函數和全局變量作用範圍（可見性）的關鍵字，該關鍵字告訴編譯器，其聲明的函數和變量可以在本子產品或其它子產品中使用。

　　通常，在子產品的頭檔案中對本子產品提供給其它子產品引用的函數和全局變量以關鍵字extern聲明。例如，如果子產品B欲引用該子產品A中定義的全局變量和函數時隻需包含子產品A的頭檔案即可。這樣，子產品B中調用子產品A中的函數時，在編譯階段，子產品B雖然找不到該函數，但是并不會報錯；它會在連結階段中從子產品A編譯生成的目标代碼中找到此函數。

　　與extern對應的關鍵字是static，被它修飾的全局變量和函數隻能在本子產品中使用。是以，一個函數或變量隻可能被本子產品使用時，其不可能被extern “C”修飾。

extern “C”是按照C語言方式編譯和連結的

　　首先看看C++中對類似C的函數是怎樣編譯的。作為一種面向對象的語言，C++支援函數重載，而過程式語言C則不支援。函數被C++編譯後在符号庫中的名字與C語言的不同。例如，假設某個函數的原型為：

void foo( int x, int y );
           

　　該函數被C編譯器編譯後在符号庫中的名字為_foo，而C++編譯器則會産生像_foo_int_int之類的名字（不同的編譯器可能生成的名字不同，但是都采用了相同的機制，生成的新名字稱為“mangled name”）。

　　_foo_int_int這樣的名字包含了函數名、函數參數數量及類型資訊，C++就是靠這種機制來實作函數重載的。 例如，在C++中，函數void foo( int x, int y )與void foo( int x, float y )編譯生成的符号是不相同的，後者為_foo_int_float。

　　　同樣地，C++中的變量除支援局部變量外，還支援類成員變量和全局變量。使用者所編寫程式的類成員變量可能與全局變量同名，我們以”.”來區分。而本質上，編譯器在進行編譯時，與函數的處理相似，也為類中的變量取了一個獨一無二的名字，這個名字與使用者程式中同名的全局變量名字不同。

舉例說明

未加extern “C”聲明時的連接配接方式

假設在C++中，子產品A的頭檔案如下：

// 子產品A頭檔案　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
int foo( int x, int y );
#endif
           

在子產品B中引用該函數：

// 子產品B實作檔案　moduleB.cpp
#include "moduleA.h"
foo(,);
           

連結階段，連結器會從子產品A生成的目标檔案moduleA.obj中尋找_foo_int_int這樣的符号！

加extern “C”聲明後的編譯和連結方式

　　 加extern “C”聲明後，子產品A的頭檔案變為：

// 子產品A頭檔案　moduleA.h
#ifndef MODULE_A_H
#define MODULE_A_H
extern "C" int foo( int x, int y );
#endif
           

在子產品B的實作檔案中仍然調用foo( 2,3 )，其結果是：

1. A編譯生成foo的目标代碼時，沒有對其名字進行特殊處理，采用了C語言的方式；
2. 連結器在為子產品B的目标代碼尋找foo(2,3)調用時，尋找的是未經修改的符号名_foo。

如果在子產品A中函數聲明了foo為extern “C”類型，而子產品B中包含的是extern int foo(int x, int y)，則子產品B找不到子產品A中的函數；反之亦然。

extern “C”這個聲明的真實目的是為了實作C++與C及其它語言的混合程式設計。

應用

• C++代碼調用C語言代碼、在C++的頭檔案中使用

在C++中引用C語言中的函數和變量，在包含C語言頭檔案（假設為cExample.h）時，需進行下列處理：

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

而在C語言的頭檔案中，對其外部函數隻能指定為extern類型，C語言中不支援extern “C”聲明，在.c檔案中包含了extern “C”時會出現編譯文法錯誤。

/* c語言頭檔案：cExample.h */
#ifndef C_EXAMPLE_H
#define C_EXAMPLE_H
extern int add(int x,int y);     //注:寫成extern "C" int add(int , int ); 也可以
#endif
           

/* c語言實作檔案：cExample.c */
#include "cExample.h"
int add( int x, int y )
{
　return x + y;
}
           

// c++實作檔案，調用add：cppFile.cpp
extern "C"
{
　#include "cExample.h"        //注：此處不妥，如果這樣編譯通不過，換成 extern "C" int add(int , int ); 可以通過
}
           

int main(int argc, char* argv[])
{
　add(,);
　return ;
}
           

• 如果C++調用一個C語言編寫的.DLL時，當包括.DLL的頭檔案或聲明接口函數時，應加extern “C”{}。

在C中引用C++語言中的函數和變量時，C++的頭檔案需添加extern “C”，但是在C語言中不能直接引用聲明了extern “C”的該頭檔案，應該僅将C檔案中将C++中定義的extern “C”函數聲明為extern類型

//C++頭檔案 cppExample.h
#ifndef CPP_EXAMPLE_H
#define CPP_EXAMPLE_H
extern "C" int add( int x, int y );
#endif
           

//C++實作檔案 cppExample.cpp
#include "cppExample.h"
int add( int x, int y )
{
　return x + y;
}
           

/* C實作檔案 cFile.c
/* 這樣會編譯出錯：#include "cExample.h" */
extern int add( int x, int y );
int main( int argc, char* argv[] )
{
　add( ,  );
　return ;
}
           

• C++檔案中引用.cu檔案中定義的函數

把被調用的函數在.cu檔案中用extern “C” 包含起來。并且在調用檔案.cpp中用extern “C”聲明該函數，然後調用。