隐函数声明和链接

Question

最近，我在C中学习了隐式函数声明，其主要思想是明确的，但在这种情况下，我在理解链接过程方面遇到了一些困难。

考虑以下代码(文件a.c)：

#include <stdio.h>

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

如果我试图编译它：

gcc -c a.c -std=c99

我看到一个关于函数f()的隐式声明的警告。

如果我试图编译和链接：

gcc a.c -std=c99

我有一个未定义的引用错误。所以一切都很好。

然后添加另一个文件(B.C文件)：

double f(double x) {
    return x;
}

并调用下一个命令：

gcc a.c b.c -std=c99

令人惊讶的是，所有的东西都成功地连接起来了。当然，在./a.out调用之后，我看到了一个垃圾输出。

那么，我的问题是:具有隐式声明函数的程序是如何链接的？在我的例子中，编译器/链接器的外壳下发生了什么？

我阅读了许多主题，比如这、这和这一个，但仍然存在问题。

Answer 1

首先，自C99以来，函数的隐式声明将从标准中删除。编译器可能支持这一点，以编译遗留代码，但这不是强制性的。引用标准前言，

• 删除隐式函数声明

尽管如此，根据C11，第6.5.2.2节

如果函数是用不包含原型的类型定义的，且升级后的参数类型与升级后的参数类型不兼容，则行为是未定义的。

所以，就你来说，

• 函数调用本身是隐式声明(从C99开始成为非标准声明)，
• 而且，由于函数签名隐式声明与int返回类型不匹配，所以代码调用未定义行为。

为了添加更多的引用，如果在调用后尝试在同一个编译单元中定义函数，您将得到一个由于不匹配签名而产生的编译错误。

但是，在单独的编译单元中定义函数(以及缺少原型声明)，编译器无法检查签名。编译后，链接器获取对象文件，并且由于链接器中没有任何类型检查(也没有对象文件中的任何信息)，因此很高兴地链接它们。最后，它将最终成功地编译并链接和 UB。

Answer 2

以下是正在发生的事情。

1. 如果没有对f()的声明，编译器就会假设一个类似于int f(void)的隐式声明。然后愉快地编译a.c。
2. 编译b.c时，编译器对f()没有任何先前的声明，因此它从f()的定义中直观地看出了这一点。通常，您会将f()的一些声明放在头文件中，并将其包括在a.c和b.c中。因为两个文件都会看到相同的声明，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，没有通用的原型可供参考。
3. 在C中，编译器不会在对象文件中存储关于原型的任何信息，链接器也不会执行任何一致性检查(它不能)。它看到的只是a.c中未解决的符号f和b.c中定义的符号f。它愉快地解析符号，并完成链接。
4. 但是，在运行时会出现故障，因为编译器根据它假设的原型在a.c中设置调用。它与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，这将被解释为在a.c中返回时的int。

Answer 3

如何将具有隐式声明功能的方案联系起来？在我的例子中，编译器/链接器的外壳下发生了什么？

从C99开始，C标准就宣布隐式int规则为非法。因此，使用隐式函数声明的程序是无效的。

这是无效的，因为C99。在此之前，如果一个可见的原型不可用，那么编译器将隐式声明一个int返回类型。

令人惊讶的是，所有的东西都成功地连接起来了。当然，在./a.out调用之后，我看到了一个垃圾输出。

因为您没有原型，所以编译器隐式声明了一个用于int类型的f()。但是f()的实际定义返回一个double。这两种类型是不兼容的，这是https://en.wikipedia.org/wiki/Undefined_behavior。

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。因此，这个示例(使用a.c和b.c)在所有C标准中都没有定义。

使用隐式函数声明不再有用或有效。因此，编译器/链接器处理方式的实际细节只具有历史意义。它可以追溯到K&R C的预标准时间，它没有功能原型，函数默认返回int。在C89/C90标准中将功能原型添加到C中。总之，对于有效的C程序中的所有函数，您必须有原型(或在使用之前定义函数)。