C11中链接翻译单元的规则是什么？答案

【问题标题】：What are the rules for linking translation units in C11?C11中链接翻译单元的规则是什么？
【发布时间】：2016-05-09 15:15:28
【问题描述】：

C11 标准讨论了标识符的链接，但没有明显讨论链接翻译单元的规则。我的问题是通过使用 clang 编译两个简单的示例提出的。

这是我的第一个示例，它有两个相同函数的声明，但类型不兼容：

//testall.c
extern char myfun(void*);

int main(){
  char a='c';
  a=myfun(&a);
}

char myfun(char*c){
  return *c;
}

然后我运行命令：$clang -std=c11 testall.c
并且clang报错：

testall.c:9:10：错误：“myfun”的类型冲突
char myfun(char*c){
^
testall.c:2:17: 注意：之前的声明在这里
extern char myfun(void*);
^
产生 1 个错误。

我理解这个错误，因为 void 指针和指向 char 的指针是不兼容的类型。
令我困惑的是，当我将两个声明分成两个不同的翻译单元，然后将它们链接到一个时，clang 不会报告任何错误：

//test.c
extern char myfun(void*);

int main(){
  char a='c';
  a=myfun(&a);
}

// mylib.c
char myfun(char*c){
  return *c;
}

然后我运行这个命令：$clang -std=c11 test.c mylib.c.
clang 编译并链接两个翻译单元而不报告任何错误或警告。

我认为链接两个翻译单元遵循第 6.2.2 节 C11 标准标识符的链接中的规则。但似乎并非如此。谁能帮我澄清一下？

【问题讨论】：

没有得到诊断并不意味着代码是合法的！传统上，编译器一次只查看一个翻译单元（因此在编译时无法检测到不匹配），并且类型信息不会传递到目标文件中，因此链接器将无法检测到不匹配要么。
@NateEldredge 尝试一次执行一个文件，而不是在命令行中同时指定两个文件。执行gcc a.c b.c 会一步编译和链接。 C 不进行名称修改，因此函数的名称对于链接器来说看起来完全一样。现在，如果您有三个目标文件都带有myfun 怎么办？你会得到一个函数重定义错误。很明显你说的不是真的。
虽然gcc a.c b.c 运行编译器和链接器，但它们是两个独立的通道，不共享目标文件以外的信息。链接器能够检测同一符号的多个定义。但在您的示例中，函数myfun 仅在mylib.c 中定义一次。文件test.c 包含myfun 的声明，但没有定义。因此链接器没有错误。
这归结为任何在调用函数之前不呈现函数原型的 C 程序都是非常糟糕的编写。同样，任何函数原型和定义不同的 C 程序都写得很糟糕。只是不要编写糟糕的代码，你就不会遇到这样的问题。
感谢您的 cmets。实际上，我们正在构建一个根据 C11 标准分析 C 程序的工具。我们在实际的一些程序中发现了这样的问题。我们需要根据C11标准找出处理此类问题的“正确”方式。如果是未定义的行为，那么工具会报错；如果它是依赖于实现的，那么我们可以选择 clang 的方式。

标签： c linker c11

【解决方案1】：

这只是未定义的行为。 C11 没有提及 链接器 或它们如何组合多个翻译单元。实际上，这不是问题，因为会有一个带有 myfun() 函数声明的头文件，其中包含这两个 C 文件。

【讨论】：

您的“未定义行为”是否意味着像 C11 标准一样可能发生任何事情？或者您的意思是链接器超出了 C11 标准的范围？
我的意思是前者，后者也是如此。基本上，链接器（至少我用过的 Unix 和 GNU 链接器）不做任何类型检查。所以诊断并不容易。但在您的特定示例中，它也可以在所有系统上按预期工作，因为 char* 和 void* 需要具有相同的表示。

【解决方案2】：

在您使用两个单独文件的示例中，行为未定义。这是我的“案例”，基于 C11 标准：

C11 6.2.2(4)：

对于使用存储类说明符 extern ... 声明的标识符如果没有可见的先前声明，或者如果先前的声明声明指定没有链接，则标识符具有外部链接。

在test.c 中，myfun 具有外部链接，因为它是用extern 声明的，并且之前的声明不可见。

C11 6.2.2(5)：

如果函数的标识符声明没有存储类说明符，它的链接是完全确定的，就好像它被声明为存储类说明符 extern。

在mylib.c 中，myfun 被声明为没有存储类说明符，因此它就像是用extern 声明的，因此它在这个翻译单元中也有外部链接。

C11 6.9.1.(7)【函数定义】：

如果声明符包含参数类型列表，该列表也指定所有参数的类型；这样的声明者也用作以后调用同一函数的函数原型在同一个翻译单元中

因此mylib.c 中myfun 的定义也是myfun 的声明（以防您有任何疑问）。

C11 6.2.2(2)：

在构成一个翻译单元和库的集合中整个程序，每个声明一个特定的标识符外部链接表示相同的对象或函数。

因此两个myfuns 表示相同的功能。

C11 6.2.7(2)：

所有引用同一对象或函数的声明应有兼容的类型；否则，行为未定义。

myfun 的两个声明具有不兼容的类型（我可以显示如果你愿意，但这就是 Clang 在单文件中抱怨的原因 case.) 因此整个程序的行为是不确定的。

请注意，6.2.7(2) 不是约束，因此 Clang 不是违反时需要发出诊断。然而，在单个文件的情况下，存在实际的约束违规，因为以下内容出现在“约束”标题下：

C11 6.7(4)：

同一范围内引用同一对象的所有声明或函数应指定兼容的类型。

所以在这种情况下，Clang 必须发出诊断。

【讨论】：