很久以前,我在一个论坛上偶然发现了一个有趣的问题,我想知道答案。
考虑下面的C函数:
f1.c
#include <stdbool.h>
bool f1()
{
int var1 = 1000;
int var2 = 2000;
int var3 = var1 + var2;
return (var3 == 0) ? true : false;
}
这应该总是返回false,因为var3 == 3000。主函数是这样的:
c
#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>
int main()
{
printf( f1() == true ? "true\n" : "false\n");
if( f1() )
{
printf("executed\n");
}
return 0;
}
因为f1()应该总是返回false,所以程序只会在屏幕上输出一个false。但是在编译并运行后,还会显示execute:
$ gcc main.c f1.c -o test
$ ./test
false
executed
为什么呢?这段代码是否有某种未定义的行为?
注意:我用gcc (Ubuntu 4.9.2-10ubuntu13) 4.9.2编译它。
在main.c中没有为f1()声明原型,因此它隐式定义为int f1(),这意味着它是一个接受未知数量参数并返回int的函数。
如果int和bool大小不同,将导致未定义的行为。例如,在我的机器上,int是4个字节,bool是一个字节。由于函数被定义为返回bool值,所以返回时将一个字节放在堆栈上。然而,由于它被隐式声明为从main.c返回int,调用函数将尝试从堆栈中读取4个字节。
gcc中的默认编译器选项不会告诉你它正在这样做。但是如果你用-Wall -Wextra编译,你会得到这个:
main.c: In function ‘main’:
main.c:6: warning: implicit declaration of function ‘f1’
为了解决这个问题,在main.c中添加f1声明,在main之前:
bool f1(void);
注意,参数列表显式设置为void,这告诉编译器函数不接受参数,而不是一个空参数列表,这意味着参数数量未知。f1.c中的定义f1也应该改变以反映这一点。
在main.c中没有为f1()声明原型,因此它隐式定义为int f1(),这意味着它是一个接受未知数量参数并返回int的函数。
如果int和bool大小不同,将导致未定义的行为。例如,在我的机器上,int是4个字节,bool是一个字节。由于函数被定义为返回bool值,所以返回时将一个字节放在堆栈上。然而,由于它被隐式声明为从main.c返回int,调用函数将尝试从堆栈中读取4个字节。
gcc中的默认编译器选项不会告诉你它正在这样做。但是如果你用-Wall -Wextra编译,你会得到这个:
main.c: In function ‘main’:
main.c:6: warning: implicit declaration of function ‘f1’
为了解决这个问题,在main.c中添加f1声明,在main之前:
bool f1(void);
注意,参数列表显式设置为void,这告诉编译器函数不接受参数,而不是一个空参数列表,这意味着参数数量未知。f1.c中的定义f1也应该改变以反映这一点。
我认为,看看伦丁出色的答案中提到的尺寸不匹配实际上发生在哪里是很有趣的。
如果使用——save-temps编译,就会得到可以查看的程序集文件。下面是f1()执行== 0比较并返回其值的部分:
cmpl $0, -4(%rbp)
sete %al
返回部分是sete %al。在C的x86调用约定中,通过寄存器%eax返回4字节或更小的返回值(包括int和bool)。%al是%eax的最低字节。因此,%eax的前3个字节处于不受控制的状态。
现在在main()中:
call f1
testl %eax, %eax
je .L2
这将检查%eax的整体是否为零,因为它认为它正在测试一个int型。
添加显式函数声明将main()更改为:
call f1
testb %al, %al
je .L2
这就是我们想要的。
正如在其他回答中提到的,问题是使用gcc时没有设置编译器选项。如果您这样做,它默认为所谓的“gnu90”,这是旧的、从1990年撤回的C90标准的非标准实现。
在旧的C90标准中,C语言有一个重大缺陷:如果你在使用函数之前没有声明一个原型,它将默认为int func()(其中()表示“接受任何参数”)。这改变了函数func的调用约定,但不会改变实际的函数定义。由于bool和int的大小不同,所以在调用函数时,代码会调用未定义的行为。
随着C99标准的发布,这种危险的无意义行为在1999年得到了修正。隐式函数声明被禁止。
不幸的是,GCC升级到版本5.x。x默认情况下仍然使用旧的C标准。您可能没有理由希望将代码编译为标准C以外的任何代码。因此,您必须明确地告诉GCC,它应该将您的代码编译为现代C代码,而不是一些25年以上的非标准GNU垃圾代码。
通过始终编译你的程序来解决这个问题:
gcc -std=c11 -pedantic-errors -Wall -Wextra
-std=c11告诉它尝试按照(当前的)C标准(非正式地称为c11)进行半心半意的编译。
-迂腐-errors告诉它全心全意地执行上述操作,并在您编写违反C标准的错误代码时给出编译器错误。
-墙的意思是给我一些额外的警告。
wextra的意思是给我一些额外的警告。