Tại sao các hàm C không thể được đặt tên?

Tôi đã có một cuộc phỏng vấn gần đây và một câu hỏi được đặt ra là việc sử dụng extern "C"mã C ++ là gì. Tôi đã trả lời rằng đó là sử dụng các hàm C trong mã C ++ vì C không sử dụng xáo trộn tên. Tôi đã được hỏi tại sao C không sử dụng xáo trộn tên và thành thật mà nói tôi không thể trả lời.

Tôi hiểu rằng khi trình biên dịch C ++ biên dịch các hàm, nó đặt một tên đặc biệt cho hàm chủ yếu vì chúng ta có thể có các hàm quá tải cùng tên trong C ++ phải được giải quyết tại thời điểm biên dịch. Trong C, tên của hàm sẽ giữ nguyên hoặc có thể có dấu _ trước nó.

Truy vấn của tôi là: có gì sai khi cho phép trình biên dịch C ++ thu thập các hàm C? Tôi đã giả định rằng nó không quan trọng tên trình biên dịch đặt cho họ. Chúng ta gọi các hàm theo cùng một cách trong C và C ++.

Nó đã được trả lời ở trên, nhưng tôi sẽ cố gắng đưa mọi thứ vào bối cảnh.

Đầu tiên, C đến trước. Như vậy, những gì C làm là, loại, "mặc định". Nó không mang tên vì nó chỉ không. Tên hàm là tên hàm. Một toàn cầu là một toàn cầu, và như vậy.

Rồi C ++ xuất hiện. C ++ muốn có thể sử dụng cùng một trình liên kết như C và để có thể liên kết với mã được viết bằng C. Nhưng C ++ không thể rời khỏi C "xáo trộn" (hoặc thiếu ở đó). Kiểm tra ví dụ sau:

int function(int a);
int function();

Trong C ++, đây là các chức năng riêng biệt, với các cơ quan riêng biệt. Nếu không ai trong số chúng được đọc sai, cả hai sẽ được gọi là "hàm" (hoặc "_factor") và trình liên kết sẽ phàn nàn về việc xác định lại biểu tượng. Giải pháp C ++ là đưa các kiểu đối số vào tên hàm. Vì vậy, một cái được gọi _function_intvà cái kia được gọi _function_void(không phải sơ đồ xáo trộn thực tế) và tránh va chạm.

Bây giờ chúng tôi còn một vấn đề. Nếuint function(int a) được định nghĩa trong mô-đun C và chúng tôi chỉ lấy tiêu đề của nó (nghĩa là khai báo) trong mã C ++ và sử dụng nó, trình biên dịch sẽ tạo một lệnh cho trình liên kết để nhập _function_int. Khi hàm được định nghĩa, trong mô-đun C, nó không được gọi như vậy. Nó được gọi là _function. Điều này sẽ gây ra lỗi liên kết.

Để tránh lỗi đó, trong quá trình khai báo hàm, chúng tôi nói với trình biên dịch, đó là một hàm được thiết kế để được liên kết với, hoặc được biên dịch bởi, trình biên dịch C:

extern "C" int function(int a);

Trình biên dịch C ++ bây giờ biết nhập _functionhơn là _function_int, và tất cả đều tốt.

Nói chung không phải là họ "không thể", nói chung họ không .

Nếu bạn muốn gọi một hàm trong thư viện C được gọi foo(int x, const char *y), sẽ không tốt khi để trình biên dịch C ++ của bạn đưa nó vàofoo_I_cCP() (hoặc bất cứ điều gì, chỉ cần tạo ra một sơ đồ xâu chuỗi tại chỗ) chỉ vì nó có thể.

Tên đó sẽ không giải quyết, hàm nằm trong C và tên của nó không phụ thuộc vào danh sách các loại đối số của nó. Vì vậy, trình biên dịch C ++ phải biết điều này và đánh dấu chức năng đó là C để tránh thực hiện việc xáo trộn.

Hãy nhớ rằng hàm C đã nói có thể nằm trong thư viện có mã nguồn mà bạn không có, tất cả những gì bạn có là tệp nhị phân được biên dịch sẵn và tiêu đề. Vì vậy, trình biên dịch C ++ của bạn không thể làm "đó là chuyện riêng", rốt cuộc nó không thể thay đổi những gì trong thư viện.

Có gì sai khi cho phép trình biên dịch C ++ mang hàm C?

Chúng sẽ không còn là chức năng C nữa.

Một chức năng không chỉ là một chữ ký và một định nghĩa; làm thế nào một chức năng hoạt động được xác định chủ yếu bởi các yếu tố như quy ước gọi. "Giao diện nhị phân ứng dụng" được chỉ định để sử dụng trên nền tảng của bạn mô tả cách các hệ thống nói chuyện với nhau. Hệ thống C ++ ABI được sử dụng bởi hệ thống của bạn chỉ định sơ đồ xáo trộn tên, để các chương trình trên hệ thống đó biết cách gọi các hàm trong thư viện, v.v. (Đọc C ++ Itanium ABI để biết ví dụ tuyệt vời. Bạn sẽ nhanh chóng thấy lý do cần thiết.)

Điều tương tự áp dụng cho C ABI trên hệ thống của bạn. Một số C ABI thực sự có sơ đồ xáo trộn tên (ví dụ Visual Studio), vì vậy đây không phải là "tắt xáo trộn tên" và nhiều hơn về việc chuyển từ C ++ ABI sang C ABI, cho một số chức năng nhất định. Chúng tôi đánh dấu các hàm C là các hàm C, trong đó C ABI (chứ không phải C ++ ABI) thích hợp. Tuyên bố phải phù hợp với định nghĩa (có thể trong cùng một dự án hoặc trong một thư viện của bên thứ ba), nếu không thì khai báo là vô nghĩa. Không có điều đó, hệ thống của bạn sẽ không biết cách xác định / gọi các chức năng đó.

Về lý do tại sao các nền tảng không định nghĩa ABI của C và C ++ giống nhau và thoát khỏi "vấn đề" này, đó là một phần lịch sử - ABI C ban đầu không đủ cho C ++, có quá trình đặt tên, lớp và toán tử quá tải, tất cả trong đó cần phải được biểu thị bằng tên biểu tượng theo cách thân thiện với máy tính - nhưng người ta cũng có thể lập luận rằng việc tạo các chương trình C bây giờ tuân theo C ++ là không công bằng đối với cộng đồng C, điều này sẽ phải đưa ra một vấn đề phức tạp hơn ABI chỉ vì lợi ích của một số người khác muốn có khả năng tương tác.

MSVC trong thực tế không mang tên C, mặc dù trong một thời trang đơn giản. Nó đôi khi nối thêm @4hoặc một số nhỏ khác. Điều này liên quan đến các quy ước gọi và nhu cầu dọn dẹp ngăn xếp.

Vì vậy, tiền đề chỉ là thiếu sót.

Rất phổ biến khi có các chương trình được viết một phần bằng C và được viết một phần bằng một số ngôn ngữ khác (thường là ngôn ngữ lắp ráp, nhưng đôi khi là Pascal, FORTRAN hoặc một cái gì đó khác). Các chương trình cũng có các thành phần khác nhau được viết bởi những người khác nhau, những người có thể không có mã nguồn cho mọi thứ.

Trên hầu hết các nền tảng, có một đặc tả - thường được gọi là ABI [Giao diện nhị phân ứng dụng] mô tả những gì trình biên dịch phải làm để tạo ra một hàm với một tên cụ thể chấp nhận đối số của một số loại cụ thể và trả về giá trị của một loại cụ thể. Trong một số trường hợp, ABI có thể định nghĩa nhiều hơn một "quy ước gọi"; trình biên dịch cho các hệ thống như vậy thường cung cấp một phương tiện cho biết nên sử dụng quy ước gọi nào cho một chức năng cụ thể. Ví dụ, trên Macintosh, hầu hết các thường trình trong Hộp công cụ đều sử dụng quy ước gọi Pascal, do đó nguyên mẫu cho một cái gì đó như "LineTo" sẽ giống như:

/* Note that there are no underscores before the "pascal" keyword because
   the Toolbox was written in the early 1980s, before the Standard and its
   underscore convention were published */
pascal void LineTo(short x, short y);

Nếu tất cả các mã trong một dự án được biên dịch bằng cùng một trình biên dịch, việc trình biên dịch xuất ra cho mỗi hàm sẽ không thành vấn đề, nhưng trong nhiều trường hợp, mã C sẽ gọi các hàm được biên dịch bằng các công cụ khác và không thể được biên dịch lại với trình biên dịch hiện tại [và rất có thể thậm chí không có trong C]. Do đó, việc xác định tên của trình liên kết là rất quan trọng đối với việc sử dụng các chức năng đó.

Tôi sẽ thêm một câu trả lời khác, để giải quyết một số cuộc thảo luận tiếp tuyến đã diễn ra.

C ABI (giao diện nhị phân ứng dụng) ban đầu được gọi để truyền các đối số trên ngăn xếp theo thứ tự ngược lại (nghĩa là - được đẩy từ phải sang trái), trong đó người gọi cũng giải phóng bộ lưu trữ ngăn xếp. ABI hiện đại thực sự sử dụng các thanh ghi để truyền các đối số, nhưng nhiều cân nhắc xáo trộn quay trở lại đối số ngăn xếp ban đầu đó.

Ngược lại, Pascal ABI ban đầu đã đẩy các đối số từ trái sang phải và callee phải bật các đối số. C ABI ban đầu vượt trội so với Pascal ABI ban đầu ở hai điểm quan trọng. Thứ tự đẩy đối số có nghĩa là phần bù ngăn xếp của đối số đầu tiên luôn được biết đến, cho phép các hàm có số lượng đối số không xác định, trong đó các đối số đầu kiểm soát có bao nhiêu đối số khác (alaprintf ).

Cách thứ hai mà C ABI vượt trội là hành vi trong trường hợp người gọi và callee không đồng ý về việc có bao nhiêu đối số. Trong trường hợp C, miễn là bạn không thực sự truy cập các đối số qua câu hỏi cuối cùng, không có gì xấu xảy ra. Trong Pascal, số lượng đối số sai được bật ra từ ngăn xếp và toàn bộ ngăn xếp bị hỏng.

Windows 3.1 ABI ban đầu được dựa trên Pascal. Như vậy, nó đã sử dụng Pascal ABI (các đối số theo thứ tự từ trái sang phải, callee bật lên). Vì bất kỳ sự không phù hợp nào trong số đối số có thể dẫn đến tham nhũng ngăn xếp, một sơ đồ xáo trộn đã được hình thành. Mỗi tên hàm được xáo trộn với một số chỉ kích thước, tính bằng byte, của các đối số của nó. Vì vậy, trên máy 16 bit, hàm sau (cú pháp C):

int function(int a)

Được đọc sai function@2, vì intrộng hai byte. Điều này đã được thực hiện để nếu khai báo và định nghĩa không khớp, trình liên kết sẽ không tìm thấy hàm thay vì làm hỏng ngăn xếp trong thời gian chạy. Ngược lại, nếu chương trình liên kết, thì bạn có thể chắc chắn số byte chính xác được bật ra từ ngăn xếp ở cuối cuộc gọi.

Windows 32 bit trở đi sử dụng stdcall ABI thay thế. Nó tương tự như Pascal ABI, ngoại trừ thứ tự đẩy giống như trong C, từ phải sang trái. Giống như Pascal ABI, tên xáo trộn kích thước byte đối số vào tên hàm để tránh tham nhũng ngăn xếp.

Không giống như các khiếu nại được đưa ra ở nơi khác, C ABI không xáo trộn các tên hàm, ngay cả trên Visual Studio. Ngược lại, các hàm xáo trộn được trang trí với stdcallđặc tả ABI không phải là duy nhất đối với VS. GCC cũng hỗ trợ ABI này, ngay cả khi biên dịch cho Linux. Điều này được Wine sử dụng rộng rãi , sử dụng trình tải riêng của nó để cho phép chạy thời gian liên kết các tệp nhị phân được biên dịch Linux với các tệp DLL được biên dịch của Windows.

Trình biên dịch C ++ sử dụng xáo trộn tên để cho phép các tên ký hiệu duy nhất cho các hàm bị quá tải mà chữ ký của nó sẽ giống nhau. Về cơ bản, nó cũng mã hóa các loại đối số, cho phép đa hình hóa ở mức độ dựa trên chức năng.

C không yêu cầu điều này vì nó không cho phép quá tải các chức năng.

Lưu ý rằng việc xáo trộn tên là một (nhưng chắc chắn không phải là lý do duy nhất!) Mà người ta không thể dựa vào 'C ++ ABI'.

C ++ muốn có khả năng tương tác với mã C liên kết với nó hoặc liên kết với nó.

C mong đợi các tên hàm không được đặt tên.

Nếu C ++ đọc sai nó, nó sẽ không tìm thấy các hàm không được xáo trộn từ C, hoặc C sẽ không tìm thấy các hàm C ++ được xuất. Trình liên kết C phải có được tên mà nó mong đợi, vì nó không biết nó đến từ hoặc đi đến C ++.

Việc xáo trộn tên của các hàm và biến C sẽ cho phép các kiểu của chúng được kiểm tra tại thời điểm liên kết. Hiện tại, tất cả các triển khai C (?) Cho phép bạn xác định một biến trong một tệp và gọi nó là một hàm trong một tệp khác. Hoặc bạn có thể khai báo một hàm có chữ ký sai (ví dụ void fopen(double)và sau đó gọi nó.

Tôi đã đề xuất một sơ đồ cho mối liên kết an toàn kiểu của các biến và hàm C thông qua việc sử dụng xáo trộn trở lại vào năm 1991. Lược đồ này không bao giờ được thông qua, bởi vì, như đã lưu ý ở đây, điều này sẽ phá hủy khả năng tương thích ngược.