GCC 如何处理内置函数答案

【问题标题】：How GCC handles built-in functionGCC 如何处理内置函数
【发布时间】：2014-05-29 09:56:30
【问题描述】：

对 GCC 的内置函数理解有困难，感到很困惑。

库函数和内置函数有什么区别？
有没有内置函数可以做而库函数不能做的事情？
我可以编写一个库函数来执行与内置函数 printf 相同的任务吗？如何判断输入参数的类型（%f、float 或 double）？
GCC 内置函数的机器指令不存储在库中，对吧？他们在哪里？
在链接的时候，如何控制这些内置函数代码的放置位置？
为什么有时我会在链接时出现错误消息，例如“未定义对 __builtin_stdarg_start 的引用”
```
// main.c
#include <stdio.h>
int main(void) {
  printf("hello world!\n");
  return 0;
}
```
gcc -c main.c, nm 显示main.o中没有符号printf，(只有main(T)和puts(U))，为什么？

【问题讨论】：

（用T称为内置）
您可以创建自己的 printf。查看 stdargs.h 标头。
GCC （很可能）将您的printf() 优化为puts()，因为您只是将一个简单的字符串传递给printf()，而没有任何进一步的参数。见：linux.die.net/man/3/puts
对于 mem* 和 str* 函数，GCC 似乎主要在大小恒定时使用 '_builtin' 进行优化（在编译时已知）

标签： c++ c gcc

【解决方案1】：

库函数和内置函数有什么区别？

内置函数是编译器直接在编译器内部了解的函数。库函数只是在库中定义的函数。同名的内置函数和库函数可能都存在，所以对于您的其余问题，我会将“库函数”视为“不是内置函数的库函数”。

有没有内置函数可以做而库函数不能做的事情？

是的。例如，内置函数可以选择不评估其参数：

int main() {
  int i = 0;
  __builtin_constant_p (++i); // checks whether ++i is a constant expression
                              // does not evaluate ++i
  return i; // returns 0
}

这是因为编译器可以将内置函数转换为其他东西，实际上不需要包含任何函数调用。

我可以编写一个库函数来执行与内置函数 printf 相同的任务吗？

printf 有一些内置知识，但在大多数情况下，这是完全可行的。查看<stdarg.h>的使用方法。

如何判断输入参数的类型（%f、float 或 double）？

你必须信任调用者让格式字符串匹配剩余的参数；当格式字符串需要 double 时，您无法检测到像传递 int 这样的东西。但是您不需要处理float 和double 之间的区别，因为不可能将float 传递给printf：它将在@ 之前转换为double（无论格式字符串如何） 987654331@ 看到了。 printf 的要求是经过精心设计的，以避免需要任何编译器魔法。

GCC 内置函数的机器指令不存储在库中，对吧？

对内置函数的调用在编译时进行转换，但这种转换可能只是导致对同名库函数的调用。

他们在哪里？

如果转换是在编译时完成的，则没有机器指令。该调用被转换为不同的代码，然后该代码被编译以产生机器指令。如果结果是调用库函数，则该库函数的机器指令是库的一部分。

在链接的时候，如何控制这些内置函数代码的放置位置？

我不明白你在这里的意思。对内置函数的调用在编译时转换为不同的代码，然后将不同的代码编译为包含调用的函数的一部分。它将被放置在该包含函数的其余代码将放置的任何位置。

为什么有时我会在链接时出现错误消息，例如“未定义对 __builtin_stdarg_start 的引用”

没有内置函数__builtin_stdarg_start，尽管有__builtin 前缀，所以这被视为对库函数的调用。并且也没有库函数__builtin_stdarg_start，因此链接器将其检测为错误。

曾经有一个内置函数__builtin_stdarg_start，但它在几年前就被删除了，代码从一开始就不应该使用它。

gcc -c main.c, nm 显示main.o中没有符号printf，(只有main(T)和puts(U))，为什么？

这是因为printf 既作为内置函数又作为库函数存在。内置函数通常只是简单地调用库函数，但有时可以做得更好，包括在您的示例中。在这种情况下，内置函数printf可以在不调用库函数printf的情况下给出正确的结果。

【讨论】：

【解决方案2】：

内置函数大致有两种：对应标准库函数的（malloc、printf和strcpy默认都被视为内置函数）和不对应的。在标准库中没有对应物 - 想想__builtin_expect、__builtin_prefetch 等。

第一种内置函数使编译器能够发出优化代码来代替相应的调用。了解标准库中每个调用的内部语义后，编译器可以决定要么发出对驻留在库中的函数的调用，要么发出自定义生成的代码片段，以便原始语义被保留并且代码运行得更好。

第二种内置函数（也称为“intrinsics”）可以实现一些技巧和优化，而这些技巧和优化是使用库中的静态代码难以实现的。它们可能会转化为向 CPU 提供提示（__builtin_prefetch、__builtin_expect），或者通过更好的编译时自省来增强 C 语言（__builtin_constant_p、__builtin_types_compatible_p），或者提供更简单、独立于平台的接口一些特定于架构的指令（__builtin_ffs、__builtin_popcount）。

【讨论】：