[收藏轉貼]struct探索·extern "C"含義探索 ·C++與C的混合編程·C 語言高效編程的幾招

1、C/C++語言 struct深層探索

1.天然對界

　　struct是一種複合數據類型，其構成元素既能夠是基本數據類型（如 int、long、float等）的變量，也能夠是一些複合數據類型（如 array、stuct、union等）的數據單元。對於結構體，編譯器會自動進行成員變量的對齊，以提升運算效率。

　　缺乏狀況下，編譯器爲結構體的每一個成員按其天然對界（natural alignment：即默認對齊方式，是指按結構體成員中 size最大的成員對齊）條件分配空間。各個成員按照它們被聲明的順序在內存中的順序存儲，第一個成員的地址和整個結構的地址相同。

2.指定對界

　　通常地，能夠能過下面的方法來改變缺乏的對界條件

• 使用僞指令 #prama pack(n)，編譯器將按照 n個字節對齊
• 使用僞指令 #prama pack()，取消自定義字節對齊方式

　　注意：若是 #pragma pack(n)中指定的 n大於結構體中最大成員的 size，則其不起做用，結構體仍然按照 size最大的成員進行對界。

　　例如：

#pragma pack (n) 
struct naturalalign 
{ 
　　char a; 
　　int b; 
　　char c; 
}; 

 

　　當n爲四、八、16時，其對齊方式均同樣，sizeof(naturalalign)的結果都等於12。而當n爲2 時，其發揮了做用，使得sizeof(naturalalign)的結果爲6。

3.C 和 C++間 struct 的深層區別   

　　在C++語言中struct具備了「類」 的功能，其與關鍵字class的區別在於struct中成員變量 和函數的默認訪問權限爲public，而class的爲private。

　　C++中的struct保持了對C中struct的全面兼容（這符合C++的初衷——「a better c」），
　　於是，下面的操做是合法的：

//定義struct 
struct structA 
{ 
    char a; 
    char b; 
    int c; 
};
structA a = {'a' , 'a' ,1}; // 定義時直接賦初值 

 

　　即struct能夠在定義的時候直接以{ }對其成員變量賦初值，而class則不能

4.struct 編程注意事項 

　　在 C 語言中，當結構體中存在指針型成員時，必定要注意在採用賦值語句時是否將 2 個實例中的指針型成員指向了同一片內存。 

　　在C++語言中，當結構體中存在指針型成員時，咱們須要重寫struct的拷貝構造函數並進行「=」 操做符重載。

 

2、C++中 extern "C"含義深層探索 

1.引言

　　C++語言的建立初衷是「a better C」，可是這並不意味着C++中相似C語言的全局變量和函數所採用的編譯和鏈接方式與C語言徹底相同。做爲一種欲與C兼容的語言，C++保留了一部分過程 式語言的特色（被世人稱爲「不完全地面向對象」），於是它能夠定義不屬於任何類的全局變量和函數。可是，C++畢竟是一種面向對象的程序設計語言，爲了支 持函數的重載，C++對全局函數的處理方式與C有明顯的不一樣。

2.從標準頭文件提及 

　　某企業曾經給出以下的一道面試題：
　　面試題：爲何標準頭文件都有相似如下的結構？

#ifndef __INCvxWorksh 
#define __INCvxWorksh 
#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
    #endif 
    /*...*/ 
    #ifdef __cplusplus 
} 
#endif 
#endif /* __INCvxWorksh */ 

　　分析 
　　顯然，頭文件中的編譯宏「#ifndef __INCvxWorksh、#define __INCvxWorksh、#endif」 的做用是防止該頭文件被重複引用。
　　那麼下面代碼的做用又是什麼呢？

#ifdef __cplusplus 
extern "C" { 
    #endif 
    #ifdef __cplusplus 
}
#endif 

 

 3.深層揭密 extern "C" 

　　extern "C" 包含雙重含義，從字面上便可獲得：首先，被它修飾的目標是「extern」的；其次，被它修飾的目標是「C」的。讓咱們來詳細解讀這兩重含義。
　　（1）被extern "C"限定的函數或變量是extern類型的；
　　extern是C/C++語言中代表函數和全局變量做用範圍（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能夠在本模塊或其它模塊中使用。記住，下列語句：
　　extern int a;
　　僅僅是一個變量的聲明，其並非在定義變量a，並未爲a分配內存空間。變量a在全部模塊中做爲一種全局變量只能被定義一次，不然會出現鏈接錯誤。
　　一般，在模塊的頭文件中對本模塊提供給其它模塊引用的函數和全局變量以關鍵字extern聲明。例如，若是模塊B欲引用該模塊A中定義的全局變量和函 數時只需包含模塊A的頭文件便可。這樣，模塊B中調用模塊A中的函數時，在編譯階段，模塊B雖然找不到該函數，可是並不會報錯；它會在鏈接階段中從模塊A 編譯生成的目標代碼中找到此函數。
　　與extern對應的關鍵字是static，被它修飾的全局變量和函數只能在本模塊中使用。所以，一個函數或變量只可能被本模塊使用時，其不可能被extern 「C」修飾。
　　（2）被extern "C"修飾的變量和函數是按照C語言方式編譯和鏈接的。

 

未加 extern 「C」聲明時的編譯方式 

　　首先看看C++中對相似C的函數是怎樣編譯的。
　　做爲一種面向對象的語言，C++支持函數重載，而過程式語言C則不支持。函數被C++編譯後在符號庫中的名字與C語言的不一樣。例如，假設某個函數的原型爲：
　　void foo( int x, int y );
　　該函數被C編譯器編譯後在符號庫中的名字爲_foo，而C++編譯器則會產生像_foo_int_int之類的名字（不一樣的編譯器可能生成的名字不 同，可是都採用了相同的機制，生成的新名字稱爲「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信息，C++就是靠這種機制來實現函數重載的。例如，在C++中，函 數void foo( int x, int y )與void foo( int x, float y )編譯生成的符號是不相同的，後者爲_foo_int_float。
　　一樣地，C++中的變量除支持局部變量外，還支持類成員變量和全局變量。用戶所編寫程序的類成員變量可能與全局變量同名，咱們以"."來區分。而本質 上，編譯器在進行編譯時，與函數的處理類似，也爲類中的變量取了一個獨一無二的名字，這個名字與用戶程序中同名的全局變量名字不一樣。

 

未加 extern "C"聲明時的鏈接方式 

　　假設在C++中，模塊A的頭文件以下：

// 模塊A頭文件 moduleA.h 
#ifndef MODULE_A_H 
#define MODULE_A_H 
int foo( int x, int y ); 
#endif 

　　在模塊B中引用該函數： 

// 模塊B實現文件 moduleB.cpp 
#include "moduleA.h" 
foo(2,3); 

　　實際上，在鏈接階段，鏈接器會從模塊A生成的目標文件moduleA.obj中尋找_foo_int_int這樣的符號！

 

加 extern "C"聲明後的編譯和鏈接方式  

 

　　加extern "C"聲明後，模塊A的頭文件變爲：

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　　在模塊B的實現文件中仍然調用foo( 2,3 )，其結果是：

　　（1）模塊A編譯生成foo的目標代碼時，沒有對其名字進行特殊處理，採用了C語言的方式；
　　（2）鏈接器在爲模塊B的目標代碼尋找foo(2,3)調用時，尋找的是未經修改的符號名_foo。
　　若是在模塊A中函數聲明瞭foo爲extern "C"類型，而模塊B中包含的是extern int foo( int x, int y ) ，則模塊B找不到模塊A中的函數；反之亦然。
　　

　　因此，能夠用一句話歸納extern 「C」這個聲明的真實目的（任何語言中的任何語法特性的誕生都不是隨意而爲的，來源於真實世界的需求驅動。咱們在思考問題時，不能只停留在這個語言是怎麼 作的，還要問一問它爲何要這麼作，動機是什麼，這樣咱們能夠更深刻地理解許多問題）

 

實現 C++與C 及其它語言的混合編程。

　　明白了C++中extern "C"的設立動機，咱們下面來具體分析extern "C"一般的使用技巧。

4.extern "C"的慣用法 

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

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　　而在C語言的頭文件中，對其外部函數只能指定爲extern類型，C語言中不支持extern "C"聲明，在.c文件中包含了extern "C"時會出現編譯語法錯誤。 
　　編寫一個C++引用C函數例子工程中包含的三個文件的源代碼以下：

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　　若是C++調用一個C語言編寫的.DLL時，當包括.DLL的頭文件或聲明接口函數時，應加extern "C" { }。

　　（2）在C中引用C++語言中的函數和變量時，C++的頭文件需添加extern "C"，可是在C語言中不能直接引用聲明瞭extern "C"的該頭文件，應該僅將C文件中將C++中定義的extern "C"函數聲明爲extern類型。
　　編寫一個C引用C++函數例子工程中包含的三個文件的源代碼以下： 

View Code

 

　　若是深刻理解了上面所闡述的extern "C"在編譯和鏈接階段發揮的做用，就能真正理解本節所闡述的從C++引用C函數和C引用C++函數的慣用法。

　　對示例代碼，須要特別留意各個細節。

 

 3、C 語言高效編程的幾招 

第 1 招：以空間換時間

　　例如：字符串的賦值。

　　方法 A，一般的辦法：

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　　方法 B:

View Code

　　從上面的例子能夠看出，A 和 B 的效率是不能比的。在一樣的存儲空間下，B 直接使用指針就能夠操做了，而 A 須要調用兩個字符函數才能完成。

　　B 的缺點在於靈活性沒有A 好。在須要頻繁更改一個字符串內容的時候，A 具備更好的靈活性；若是採用方法 B，則須要預存許多字符串，雖然佔用了 大量的內存，可是得到了程序執行的高效率。

　　若是系統的實時性要求很高，內存還有一些，那麼推薦使用該招數。

該招數的邊招：使用宏函數而不是函數。

　　函數和宏函數的區別就在於，宏函數佔用了大量的空間，而函數佔用了時間。
　　你們要知道的是，函數調用是要使用系統的棧來保存數據的，若是編譯器裏有棧檢查選項，通常在函數的頭會嵌入一些彙編語句對當前棧進行檢查；同時，CPU 也要在函數調用時保存和恢復當前的現場，進行壓棧和彈棧操做，因此，函數調用須要一些 CPU 時間。
　　而宏函數不存在這個問題。宏函數僅僅做爲預先寫好的代碼嵌入到當前程序，不會產生函數調用，因此僅僅是佔用了空間，在頻繁調用同一個宏函數的時候，該現象尤爲突出。

第 2 招：數學方法解決問題

　　數學是計算機之母，沒有數學的依據和基礎，就沒有計算機的發展，因此在編寫程序的時候，採用一些數學方法會對程序的執行效率有數量級的提升。
　　舉例以下，求 1~100 的和。

　　方法 E 

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　　方法 F 

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　　方法 E 循環了 100 次才解決問題，也就是說最少用了 100 個賦值、100 個判斷、200 個加法(I 和 j) ；而方法 F 僅僅用了 1 個加法、1 個乘法、1 次除法。效果天然不言而喻。

第 3 招：使用位操做 

　　使用位操做，減小除法和取模的運算。
　　在計算機程序中，數據的位是能夠操做的最小數據單位，理論上能夠用「位運算」來完成全部的運算和操做。通常的位操做是用來控制硬件的，或者作數據變換使用，可是，靈活的位操做能夠有效地提升程序運行的效率。
　　舉例以下：

　　方法 G

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　　方法 H

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　　在字面上好象 H 比G 麻煩了好多，可是，仔細查看產生的彙編代碼就會明白，方法 G 調用了基本的取模函數和除法函數，既有函數調用，還有不少彙編代碼和寄存器參與運算；而方法 H 則僅僅是幾句相關的彙編，代碼更簡潔、效率更高。固然，因爲編譯器的不一樣，可能效率的差距不大，可是，以目前的 MS C,ARM C 來看，效率的差距仍是不小。相關彙編代碼就不列舉了。

　　運用這招須要注意的是，由於 CPU 的不一樣而產生的問題。好比說，在 PC 上用這招編寫的程序，並在 PC 上調試經過，在移植到一個 16 位機平臺上的時候，可能會產生代碼隱患。因此只有在必定技術進階的基礎下才可使用這招。

第 4 招：彙編嵌入 

　　在熟悉彙編語言的人眼裏，C 語言編寫的程序都是垃圾」。這種說法雖然偏激了一些，可是卻有它的道理。彙編語言是效率最高的計算機語言，可是，不可能靠着它來寫一個操做系統吧？因此，爲了得到程序的高效率，咱們只好採用變通的方法：嵌入彙編、混合編程。

　　舉例以下，將數組一賦值給數組二，要求每個字節都相符。char string1[1024], string2[1024];

　　方法 I

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　　方法 J

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　　方法 I 是最多見的方法，使用了 1024 次循環；方法 J 則根據平臺不一樣作了區分，在 ARM 平臺下，用嵌入彙編僅用 128次循環就完成了一樣的操做。這裏有朋友會說，爲何不用標準的內存拷貝函數呢？這是由於在源數據裏可能含有數據爲 0 的字節，這樣的話，標準庫函數會提早結束而不會完成咱們要求的操做。這個例程典型應用於 LCD 數據的拷貝過程。根據不一樣的 CPU，熟練使用相應的嵌入彙編，能夠大大提升程序執行的效率。

　　雖然是必殺技，可是若是輕易使用會付出慘重的代價。這是由於，使用了嵌入彙編，便限制了程序的可移植性，使程序在不一樣平臺移植的過程當中，臥虎藏龍、險象環生！同時該招數也與現代軟件工程的思想相違背，只有在無可奈何的狀況下才能夠採用。切記。

　　摘自《單片機與嵌入式系統應用》