GNU C++的符号改编机制

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前言

众所周知，强大C 相较于C增添了许多功能。这其中就包括类、命名空间和重载这些特性。

对于类，相同的函数和变量可以在不同的类别中定义，不会相互干扰。命名空间可以确保不同名称空间中的类别、函数和变量名称不会相互影响。重载可以确保函数名称可以相同，即使在相同的命名空间中，只要参数不同。

这种设计方便了程序开发者，不用担心不同开发者定义相同名称的函数。然而，这也使符号管理更加复杂。

在最终的编译和链接过程中，如何区分不同类别中的同名函数，或不同名称空间中的同名函数，或同名空间或类别中的同名重载函数？C 人们发明了所谓的符号改编（Name Mangling）机制。

其原理其实很简单，就是根据函数所在的名称空间、类别和参数，按照一定的规则重新命名函数。不同的编译器有不同的命名规则。这里我们主要介绍一下GNU C 编译器使用的规则。主要分为以下情况：

具体规则

全局变量：

也就是说，在命名空间和类之外的变量中，改编后的符号名称是变量名，即不进行任何修改。

全局函数：

以“_Z开头，然后是函数名字符的数量，然后是函数名，最后是函数参数的别名。

以后会详细介绍函数参数的别名。

类或命名空间中的变量或函数：

以“_ZN一开始，然后是变量或函数所在名称空间或类别名称的字符长度，然后是真实的名称空间或类别名称，然后是变量或函数名称的长度和变量或函数名称，然后是字母E最后，如果是函数，则与参数别名，如果是变量，则无需添加任何东西。

构造函数和析构函数

以”_ZN一开始，然后构建函数所在的名称空间和类名的字符长度，然后是真实的名称空间或类名，然后构建函数连接到C1”或者“C二、析构函数接D1”或者“D然后加上字母2E最后，接函数参数的别名结束。

在介绍了命名规则之后，我们将详细介绍函数参数别名的规则。主要分为以下情况：函数参数的基本类型

每种基本类型的别名如下表所示：

参数类型	参数别名
void	v
wchar_t	w
bool	b
char	c
signed char	a
unsigned char	h
short	s
unsigned short	t
int	i
unsigned int	j
long	l
unsigned long	m
long long或__int64	x
unsigned long long或unsigned __int64	y
__int128	n
unsigned __int128	o
float	f
double	d
long double或__float80	e
__float128	g

函数参数是类或结构体时

当函数的参数中含有类或结构体时，在类或者结构体名字前加上类或结构体名的字符长度。 例如，全局函数int structure_func(int i, struct test  s, double d)，其经过符号改编后，函数名变成了_Z14structure_funci4testd。

函数参数是指针（*）时

当函数参数中含有指针时，该参数的别名是“P”（大写）加上该指针指向的参数类型的别名。当参数为指针的指针时，该参数的别名是“PP”加上所指向的参数类型的别名，以此类推。

函数参数是一维数组时

当函数参数中含有一维数组时，和参数是指针的处理方式一样，也是“P”加上作为参数的数组其元素类型的别名。

函数参数是多维数组时

对于多维数组，第一维可以看做是指针，其它维则看做是数组。

当函数参数中含有多维数组时，以“P”（代表数组的第一维）开始，后面接“A”加上各维数组的长度，以“_”间隔，最后以下划线加数组元素类型的别名结束。 例如，全局函数void multi_array_func(int a[10][10][20][30])，其经过符号改编后，函数名变成了_Z16multi_array_funcPA10_A20_A30_i。

函数参数含有const修饰符时

当函数参数中含有const修饰符时，以“K”（大写）开始，后面接修饰参数类型的别名。

函数参数是引用（&）时

当函数参数中含有引用时，该参数的别名是“R”（大写）加上该引用所引用的变量类型的别名。

例如，全局函数void ref_const_func(const int &i)，其经过符号改编后，函数名变成了_Z14ref_const_funcRKi。

函数参数是别的命名空间中的类或结构体

当函数的参数含有别的命名空间中的类或结构体时，该参数的别名是“N”（大写），加上空间名的长度，再加上空间名，接着是类或结构名的长度和类或结构的名字，最后以“E”（大写）结束。

再举一个复杂点的例子，假设代码如下：  

namespace NS1
{
    class Test1
    {
    };
}
 
namespace NS2
{
    class Test2
    {
    public:
	void MyFunction(NS1:Test1 t) {}
    };
}

那么MyFunction经过符号改变后变成了什么呢？答案是：_ZN3NS25Test210MyFunctionEN3NS15Test1E。

总结

1. 除了全局变量不用做改编之外，其它所需要改编符号的时候，都是以_Z开始；

2. 若想表示某个符号是在命名空间或类中的，要以“N”开始，以“E”结束；

3. 所有的名字空间名、类名、函数名或变量名，改编的时候都是名字所包含的字符数加上真正的名字；

4. 所有的名字按照从外层到里层的顺序进行改编；

5. 如果是函数的话，所有的参数按照前后出现的顺序进行改编。

最后再提一句，这里的符号改编机制都是暗地里编译器帮你做的。只要你的程序使用GNU C++编译器进行编译，它都会用上文所述的规则对你的各种符号名进行改编（包括变量和函数）。

如果你的程序有一些用C语言编写及编译，而另外一些用C++语言编写及编译，并且这两部分还会互相调用到，则需要进行特殊处理。

C++程序在编译的时候会用符号改编，而C程序在调用的时候并不会用符号改编，而是还用原始的函数名作为符号名进行调用，这样C程序就找不到那个对应的C++函数了。

或者，倒过来，C程序在编译的时候不会进行符号重编，而C++程序在调用的时候也会将这个函数名进行重编，这样C++程序同样也找不到那个对应的C函数了。

解决的方法是把那些需要让C程序用到的C++程序中的变量和函数，或者C++程序用到的C程序中的变量和函数，单独抽出来，让编译器不对它们进行符号重编。

具体方法是将它们用extern "C"包起来：

extern "C"
{
    void func();    
    ......
}

当然，也可以一个一个指定：

extern "C" void func();
......