log(10.0) 可以编译但 log(0.0) 不能使用未定义的引用？

Question

对于以下C源代码：

#include <math.h>

int main(void)
{
    double          x;

    x = log(0.0);

    return 0;
}

当我使用gcc -lm 编译时，我得到：

/tmp/ccxxANVH.o: In function `main':
a.c:(.text+0xd): undefined reference to `log'
collect2: error: ld returned 1 exit status

但是，如果我将log(0.0)替换为log(10.0)，那么它可以编译成功。

我不太明白这一点，因为无论它们是否具有数学意义，它们都应该编译——没有语法错误。谁能解释一下？

以防万一，我的gcc -v 输出：

Configured with: ../src/configure -v --with-pkgversion='Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1' --with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-4.8/README.Bugs --enable-languages=c,c++,java,go,d,fortran,objc,obj-c++ --prefix=/usr --program-suffix=-4.8 --enable-shared --enable-linker-build-id --libexecdir=/usr/lib --without-included-gettext --enable-threads=posix --with-gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.8 --libdir=/usr/lib --enable-nls --with-sysroot=/ --enable-clocale=gnu --enable-libstdcxx-debug --enable-libstdcxx-time=yes --enable-gnu-unique-object --disable-libmudflap --enable-plugin --with-system-zlib --disable-browser-plugin --enable-java-awt=gtk --enable-gtk-cairo --with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64/jre --enable-java-home --with-jvm-root-dir=/usr/lib/jvm/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-jvm-jar-dir=/usr/lib/jvm-exports/java-1.5.0-gcj-4.8-amd64 --with-arch-directory=amd64 --with-ecj-jar=/usr/share/java/eclipse-ecj.jar --enable-objc-gc --enable-multiarch --disable-werror --with-arch-32=i686 --with-abi=m64 --with-multilib-list=m32,m64,mx32 --with-tune=generic --enable-checking=release --build=x86_64-linux-gnu --host=x86_64-linux-gnu --target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 4.8.2 (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1)

请注意，这个问题是关于常量折叠的，但 suggested duplicate question 是关于缺少链接库的。

Answer 1

gcc 在很多情况下可以使用builtin functions，他们的文档说：

其中许多功能仅在某些情况下进行了优化；如果他们 在特定情况下未优化，调用库函数 被发射。

因此gcc 在使用内置函数时不需要链接到数学库，但由于log(0) 是not defined 它可能会强制gcc 在运行时对其进行评估，因为它有副作用.

如果我们查看第 4 段中的 draft C99 standard 部分 7.12.1 错误条件的处理，它会说（强调我的）：

如果数学值的大小会导致浮点结果溢出 结果是有限的，但如此之大，以至于数学结果不能 表示的对象中没有异常舍入误差 指定类型。如果浮动结果溢出并且默认舍入为 实际上，或者如果数学结果是精确的无穷大 有限参数（例如 log(0.0)），则函数返回 宏 HUGE_VAL、HUGE_VALF 或 HUGE_VALL 的值根据 返回类型，与函数的正确值同号； 如果整数表达式 math_errhandling & MATH_ERRNO 非零， 整数表达式 errno 获取值 ERANGE； 如果整数 表达式 math_errhandling & MATH_ERREXCEPT 非零，则 “除零”浮点异常，如果 数学结果是一个精确的无穷大和“溢出” 否则会引发浮点异常。

我们可以从一个使用-S 标志生成程序集和grep log 过滤掉对log 的调用的实时示例中看到。

在log(0.0) 的情况下，会生成以下指令（see it live）：

call    log

但在log(10.0) 的情况下，不会生成call log 指令，(see it live)。

我们通常可以通过使用-fno-builtin flag 来阻止gcc 使用内置函数，这可能是测试是否正在使用内置函数的更快方法。

请注意-lm needs to go after the source file，例如（取自链接答案）如果main.c 需要数学库，那么您将使用：

 gcc main.c -lm 

Answer 2

编译没问题，只是缺少链接器开关-lm。

第二个版本可能会编译和链接，因为gcc 将log(10.0) 替换为常量，因此不需要调用数学库。在第二种情况下，结果在数学上是不确定的，并且评估会导致域错误。在这种情况下，表达式不能被常量替换，因为在运行时对域错误的处理可能会有所不同。

引用 C 标准 (draft)：

发生域错误时，函数返回实现定义的 价值;如果整数表达式 math_errhandling & MATH_ERRNO 是 非零，整数表达式 errno 获取值 EDOM；如果 整数表达式 math_errhandling & MATH_ERREXCEPT 非零，则 引发了“无效”浮点异常。

因此，log(0.0) 的评估要么导致返回值 HUGE_VAL（不是我之前声称的 NAN），要么返回浮点异常。

编辑：我根据收到的 cmets 更正了我的答案，并添加了指向 C 标准中描述的链接。