从标准库重新定义函数

Question

上下文：在最近的一次对话中，问题是“gcc/clang 在编译时是否执行strlen("static string")？”上来了。经过一些测试，答案似乎是肯定的，无论优化程度如何。即使在-O0 看到这个我有点惊讶，所以我做了一些测试，最终得到了以下代码：

#include <stdio.h>

unsigned long strlen(const char* s) {
  return 10;
}

unsigned long f() {
  return strlen("abcd");
}

unsigned long g(const char* s) {
  return strlen(s);
}

int main() {
  printf("%ld %ld\n",f(),g("abcd"));
  return 0;
}

令我惊讶的是，它打印的是 4 10 而不是 10 10。我尝试使用gcc 和clang 以及各种标志（-pedantic、-O0、-O3、-std=c89、-std=c11，...）进行编译，并且测试之间的行为是一致的。

由于我没有包含string.h，因此我希望使用我对strlen 的定义。但汇编代码确实表明strlen("abcd") 基本上被return 4 取代（这是我在运行程序时观察到的）。

此外，编译器不会打印带有-Wall -Wextra 的警告（更准确地说，与问题无关：他们仍然警告我的strlen 定义中未使用参数s）。

出现了两个（相关的）问题（我认为它们足够相关，可以在同一个问题中提出）：
- 当标头声明不包含时，是否允许在 C 中重新定义标准函数？
- 这个程序的行为是否应有尽有？如果是这样，具体会发生什么？

Answer 1

根据 C 2011（草案 N1570）7.1.3 1 和 2：

以下任何子条款中具有外部链接的所有标识符......始终保留用作具有外部链接的标识符。

如果程序在保留标识符的上下文中声明或定义标识符（7.1.4 允许的除外），或将保留标识符定义为宏名称，则行为未定义。

“以下子条款”指定标准 C 库，包括 strlen。你的程序定义了strlen，所以它的行为是未定义的。

您观察到的情况是：

• 无论您的定义如何，编译器都知道strlen 的行为方式，因此，在优化f 中的strlen("abcd") 时，它会在编译时评估strlen，结果为四个。
• 在g("abcd")中，编译器无法识别，因为g的定义，这等价于strlen("abcd")，所以在编译时没有对其进行优化。相反，它将它编译为对g 的调用，并将g 编译为调用strlen，它还编译您对strlen 的定义，结果g("abcd") 调用g，它调用你的strlen，返回十个。

C 标准将允许编译器完全放弃您对strlen 的定义，因此g 返回四个。然而，一个好的编译器应该警告你的程序定义了一个保留的标识符。