为什么我们需要在 C 的源文件中包含原型？答案

【问题标题】：Why do we need to include prototypes in source file in C?为什么我们需要在 C 的源文件中包含原型？
【发布时间】：2017-11-26 22:38:56
【问题描述】：

我试图理解为什么我们需要在源代码中包含函数原型。据我了解：为了从多个源文件中获取一个可执行文件，需要将源文件转换为目标文件。目标文件可以毫无问题地相互引用：例如，主文件可以调用 foo 函数，该函数将从另一个源文件编译。链接器负责解析所有源文件中对各种函数/符号的所有引用。

我成功地独立编译了这两个文件，然后生成了可执行文件。您会注意到 main.c 中没有#include "function.h"

函数.c

int foo() {
return 1;
}

main.c

int main() {
return foo();
}

使用的命令：

gcc mainc.c function.c -S
gcc main.o function.o -o exec

由于函数 foo 的隐式声明，我收到第一个命令的警告，但输出 exec 正在工作。所以我的问题是：

为什么我们需要包含函数原型？

【问题讨论】：

因为标准要求它？
你选择了一个乐观的例子。但是尝试使用float foo() { return 25.0; } 看看当结果被解释为整数时会发生什么。
Are prototypes required for all functions in C89, C90 or C99?的可能重复
从 C99 开始，此代码将无法编译 - 不再允许隐式声明。
主要是为了避免在原型之前的日子里出现的错误，因为预期的功能实现与消费者提供的功能不匹配。由于有可用的原型，代码更加安全。从 C99 开始，您需要在调用函数之前在范围内声明函数。这不是对原型的正式要求——非原型声明就足够了——但拥有原型有很多好处。忽略它们你就是个傻瓜。

标签： c include

【解决方案1】：

您的示例符合 C 在没有原型时查看函数的方式。

在 C89 及更早版本中，允许调用尚未声明的函数，在这种情况下，编译器假定为 int f()，因此它在您的示例中有效（并且链接器找到了函数名称，因此无需抱怨侧面）

但是如果你把返回值改成float，或者添加参数，编译器会生成错误的参数传递/返回值赋值代码，你会得到奇怪的结果。

（一个很好的例子是尝试调用返回 double 或 float 的数学函数而不包括 math.h：No math.h include - sqrt function return value?）。

这就是原型在这里的原因。指导编译器如何正确调用外部函数。

请注意，即使没有任何警告标志，gcc 也会对此发出警告（因此，在最低警告级别，对您的代码而言绝不是一个好兆头）：

test.c:11:12: warning: implicit declaration of function 'foo' [-Wimplicit-function-declaration]
     return(foo());
            ^~~

【讨论】：

【解决方案2】：

编译器并不像我们想象的那么聪明，有时我们需要告诉编译器函数期望什么：例如参数，输出，返回类型...... 当您不对函数进行原型设计时，编译器会扣除您的函数期望但不准确的内容。当您对函数进行原型设计时，您只需告诉编译器您的程序中可能有一个名为“foo”的函数，该函数采用 void 参数

对不起，如果我犯了语法错误，但英语不是我的母语。问候

【讨论】：

【解决方案3】：

是的，当范围内没有函数原型时，可以调用函数。事实上，这就是 C 多年来的工作方式。所以从这个意义上说，函数原型不是必需的。

然而，在没有函数原型的情况下，正确地调用外部函数给程序员带来了沉重的负担，以使所有的外部函数调用都完全正确。如果您使用错误的参数调用函数，或者函数返回类型不匹配。你会得到奇怪的错误结果，编译器通常不会警告你。（曾几何时，lint 可能会警告您注意它们，但 lint 几乎消失得无影无踪。）

函数原型是帮助程序员（和编译器）更可靠地匹配外部函数调用中的参数和返回类型的工具。随着时间的推移，它们已经从不存在（早期的 C 根本没有它们）变为可选，变为必需。

它们现在是必需的，因为标准规定它们是。为什么标准需要它们？这并不是因为它们是编译器生成正确代码所必需的。（再一次，历史表明早期的 C 编译器没有它们也能过得很好。）相反，标准需要它们，因为今天的共识是，获得一致可靠的程序比让 C 程序员成为牛仔并尝试去做更重要。一切都是自己。

【讨论】：

【解决方案4】：

为什么要使用原型？有几个原因。 C 被设计为在源文件上一次性解析。这种选择的一个结果是必须在使用标识符之前定义标识符（即，在源文件中的行号小于）它被使用。如果不是，C 将假设标识符在标量上下文中使用时计算为 int 类型，或者在函数调用上下文中使用 function-returning-int。

有时这种默认整数假设是可以的（例如，您的示例）。其他时候不是那么多（参见 Jean-François Fabre 的回答）。

原型用于在源文件的早期声明函数的实际类型，而不必给出函数的完整定义。这对于给出其他源文件中定义的事物的定义很有用，但它对于解决单个源文件中的定义/使用依赖关系也很有用。例如，这对无意义的函数不能以所有函数在使用之前定义的方式排序。 bar 的早期原型解决了这个问题。

float bar(float n);    

float foo(float n)
{
  if(n < 15.0f)
    return bar(n);
  return 3.0f * n + 1.0f;
}

float bar(float n)
{
  if(n > 3.0f)
    return foo(n*2.0f);
  return n-1.0f;
}

【讨论】：

【解决方案5】：

正如我在评论中提到的，从 C99 开始，不再支持隐式 int 声明 - 所有函数必须在使用前显式声明。

其中一部分是为了确保调用者和函数之间的二进制兼容性。如果调用者希望函数返回 32 位 int，但函数被定义为返回 64 位 double，那么您将遇到某种运行时问题（该值将被截断，或内存将被覆盖，或其他问题）。

如果调用者和函数是在不同的源文件中定义的，那么编译器就无法知道它们是否兼容，除非你在调用者中有函数声明。如果它们是在同一个源文件中定义的，那么编译器可以将隐式函数声明与定义进行比较，如果它们不匹配，则发出诊断。

与更现代的语言相比，C 的翻译模型相当原始，并且它依赖于您（程序员）为其提供确保最终产品正常工作所需的所有信息。这意味着包括外部函数的任何声明。

在 80 年代和 90 年代初期，可笑很容易编写代码，编译时没有警告或错误，但由于函数声明和定义没有对齐，所以潜伏着数十个定时炸弹。强制执行显式函数声明是几十年痛苦经验的结果。

【讨论】：