隐式函数声明和链接答案

【问题标题】：Implicit function declarations and linkage隐式函数声明和链接
【发布时间】：2016-01-04 19:06:55
【问题描述】：

最近我了解了C 中的隐式函数声明。主要思想很清楚，但我在理解这种情况下的链接过程时遇到了一些麻烦。

考虑以下代码（文件a.c）：

#include <stdio.h>

int main() {
    double someValue = f();
    printf("%f\n", someValue);
    return 0;
}

如果我尝试编译它：

gcc -c a.c -std=c99

我看到关于函数 f() 的隐式声明的警告。

如果我尝试编译和链接：

gcc a.c -std=c99

我有一个未定义的引用错误。所以一切都很好。

然后我添加另一个文件（文件b.c）：

double f(double x) {
    return x;
}

并调用下一条命令：

gcc a.c b.c -std=c99

令人惊讶的是，所有内容都已成功链接。当然，在 ./a.out 调用之后，我看到了一个垃圾输出。

所以，我的问题是：具有隐式声明函数的程序如何链接？在我的示例中，在编译器/链接器的底层会发生什么？

我阅读了一些关于 SO 的主题，例如 this、this 和 this one，但仍然有问题。

【问题讨论】：

【解决方案1】：

首先，由于 C99 ，函数的隐式声明已从标准中删除。编译器可能支持这个来编译遗留代码，但这不是强制性的。引用标准前言，

移除隐式函数声明

也就是说，根据C11，第 §6.5.2.2 章

如果函数是用不包含原型的类型定义的，那么提升后的参数与之后的参数不兼容促销，行为未定义。

所以，在你的情况下，

只是补充一点参考，如果你试图在same编译单元中定义函数在调用之后，你会得到一个编译错误，因为不匹配的签名。

但是，您的函数在单独的编译单元中定义（并且缺少原型声明），编译器无法检查签名。编译后，链接器获取目标文件，并且由于链接器中没有任何类型检查（目标文件中也没有信息），因此很高兴地链接它们。最后，它将以成功编译和链接和UB结束。

【讨论】：

【解决方案2】：

这就是正在发生的事情。

如果没有f() 的声明，编译器会假定一个隐式声明，如int f(void)。然后愉快地编译a.c。
在编译b.c时，编译器没有任何f()的预先声明，所以它从f()的定义中直觉。通常你会将f() 的一些声明放在头文件中，并将其包含在a.c 和b.c 中。因为这两个文件都将看到相同的声明，所以编译器可以强制执行一致性。它将抱怨与声明不匹配的实体。但在这种情况下，没有可参考的通用原型。
在C 中，编译器不会在目标文件中存储有关原型的任何信息，并且链接器不会执行任何一致性检查（它不能）。它所看到的只是a.c 中的未解析符号f 和b.c 中定义的符号f。它会愉快地解析符号并完成链接。
但在运行时会出现问题，因为编译器在a.c 中根据它假定的原型设置了调用。这与b.c 中的定义不匹配。 f()（来自b.c）将从堆栈中获取一个垃圾参数，并将其返回为double，在a.c 返回时将解释为int。

【讨论】：

我认为编译器在处理隐式声明时假定int f() 而不是int f(void)。
我会检查，但鉴于a.c 中的调用没有参数，假设int f(void) 是有意义的，因为int f() 表示any number of arguments。
隐式声明在现代 C 中无效，是 UB。没有像int f(void); 那样提供隐式的。它只提供像int f(); 这样的声明，编译器在编译b.c 时并不“直观”，并且不需要之前定义原型。函数定义还提供了它的原型。如果之前提供了原型，则会对其进行检查。否则，不会。 “通用原型”不是一个东西。原型是否可用。编译器如何获取该信息（通过头文件或实际定义等）无关紧要。
虽然 (3) 和 (4) 都很好，但它在标准中被简单地定义为 未定义的行为。
@I3x 所有这些都是问题的外围，主要是在挑剔我表达某些事情的方式。但无论如何。

【解决方案3】：

如何链接具有隐式声明函数的程序？在我的示例中，在编译器/链接器的底层会发生什么？

implicit int 规则自 C99 以来已被 C 标准禁止。因此，具有隐式函数声明的程序是不有效的。

自 C99 起无效。在此之前，如果一个可见原型不可用，那么编译器会隐式声明一个返回类型为int。

令人惊讶的是，所有内容都已成功链接。当然之后 ./a.out 调用我看到一个垃圾输出。

因为您没有原型，所以编译器隐含地为f() 声明了一个具有int 类型的原型。但f() 的实际定义返回一个double。这两种类型不兼容，这是undefined behaviour。

即使在隐式 int 规则有效的 C89/C90 中，这也是未定义的，因为隐式原型与 f() 返回的实际类型不兼容。所以这个例子是（a.c 和 b.c）在所有 C 标准中是 undefined。

隐式函数声明不再有用或无效。因此，编译器/链接器如何处理的实际细节仅具有历史意义。它可以追溯到没有函数原型的 K&R C 的准标准时代，函数默认返回 int。在 C89/C90 标准中，函数原型被添加到 C 中。归根结底，您必须拥有有效 C 程序中所有函数的原型（或在使用前定义函数）。

【讨论】：

这不完整。这个问题与隐式声明无关，而是由于链接器对类型一无所知，他找到了一个名为f的函数的定义，它适用于链接。为了防止这样的问题，一些语言使用名称修饰将类型编码到函数的名称中；但在 C 中情况并非如此。拥有原型是不够的，您需要一致的原型！
@Jean-BaptisteYunès 我已经解释了隐式原型的类型和实际的类型不兼容，因此调用了 UB。没有“一致的原型”之类的东西。原型是关于函数返回类型及其参数的完整信息。
@i3x 但问题的很大一部分（我认为）是为什么链接完成，以及链接过程的详细信息解释了这一点。
@Jean-BaptisteYunès 是的，在这种情况下，主要的误解是关于链接问题。因此，我阅读了 Sourav 和 l3x 的答案。所以他们在我的脑海里混杂了一点。现在，Sourav 的回答似乎更完整了。
@Ziffusion 我是说它是 UB，它是根据 C 的古老规则编译和链接的。顺便说一句，我刚刚看了你的答案，并不完全准确。

【解决方案4】：

编译后，所有类型信息都会丢失（可能在调试信息中除外，但链接器不会注意这一点）。唯一剩下的是“在地址 0xdeadbeef 处有一个名为“f”的符号”。

标题的意义在于告诉 C 符号的类型，包括，对于函数，它需要什么参数以及它返回什么。如果您将真实的与您声明的（显式或隐式）不匹配，您将获得未定义的行为。

【讨论】：