C语言隐式函数声明
1. 什么是 C 语言的隐式函数声明
在 C 语言中,函数在调用前不一定非要声明。如果没有声明,那么编译器会自动按照一种隐式声明的规则,为调用函数的 C 代码产生汇编代码。下面是一个例子:
int main(int argc, char *argv[])
{
double x = any_name_function();
return 0;
}
单纯的编译上述源代码,并没有任何报错,只是在链接阶段因为找不到名为 any_name_function 的函数体而报错。
$ gcc -c main.c
main.c: In function ‘main’:
main.c:3:16: warning: implicit declaration of function ‘any_name_function’ [-Wimplicit-function-declaration]
3 | double x = any_name_function();
| ^~~~~~~~~~~~~~~~~
$ gcc main.o
/usr/bin/ld: main.o: in function `main':
main.c:(.text+0x19): undefined reference to `any_name_function'
collect2: error: ld returned 1 exit status
之所以编译不会报错,是因为 C 语言规定,对于没有声明的函数,自动使用隐式声明。相当于变成了如下代码:
int any_name_function();
int main(int argc, char *argv[])
{
double x = any_name_function();
return 0;
}
2. 带来的问题
2.1 隐式声明函数名称恰好在链接库中存在,但返回非 int 类型
前面给出的例子,并不会造成太大影响,因为在链接阶段很容易发现存在的问题。然而下面这个例子则会造成莫名的运行时错误。
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
double x = sqrt(5);
printf("x = %lf\n", x);
return 0;
}
gcc 编译链接
$ gcc -c main.c
main.c: In function ‘main’:
main.c:5:16: warning: implicit declaration of function ‘sqrt’ [-Wimplicit-function-declaration]
5 | double x = sqrt(5);
| ^~~~
main.c:5:16: warning: incompatible implicit declaration of built-in function ‘sqrt’
main.c:2:1: note: include ‘<math.h>’ or provide a declaration of ‘sqrt’
1 | #include <stdio.h>
+++ |+#include <math.h>
2 |
$ gcc main.o
运行结果
$ ./a.out
x = 2.236068
编译时会给出警告,提示隐式声明与内建函数 sqrt() 不兼容。gcc 编译器在编译时能够自动在常用库头文件(内建函数)中查找与隐式声明同名的函数,如果发现两者并不相同,则会按照内建函数的声明原型去生成调用代码。这往往也是程序员预期的想法。
上面的例子中隐式声明的函数原型为:
int sqrt(int);
而对应的同名内建函数原型为:
double sqrt(double);
最终编译器按照内建函数原型进行了编译,达到了预期效果。然而 gcc 编译器的这种行为并不是 C 语言的规范,并不是所有的编译器实现都有这样的功能。同样的源码在 VC++2015 下编译运行的结果却是:
2884223.000000
显然,VC++ 编译器没有所谓的“内建函数”,只是简单的按照隐式声明的原型,生成调用 sqrt() 函数的代码。由于返回类型和参数类型的不同,导致错误的函数调用方式,产生莫名奇妙的运行时错误。
对这种情况,由于返回类型的不同,两种编译器都可以给出警告信息,至少能引起程序员的注意。而下面这种情况,则更加隐蔽。
2.2 隐式声明函数名称恰好在链接库中存在,且返回 int 类型
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int x = abs(5);
printf("x = %d\n", x);
return 0;
}
由于编译器版本较高,依然报了警告。但是,隐式声明的函数原型与库函数完全相同,所以链接、运行都是没有问题的。
$ gcc -c 2.c
2.c: In function ‘main’:
2.c:5:13: warning: implicit declaration of function ‘abs’ [-Wimplicit-function-declaration]
5 | int x = abs(5);
$ gcc 2.o
$ ./a.out
x = 5
下面,稍微改动一下代码:
#include <stdio.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int x = abs(5, -1, 3, 2);
printf("x = %d\n", x);
return 0;
}
编译、链接、执行都没有任何报错。可见,gcc 的内建函数机制并不关心函数的参数,只是关心函数的返回值。
$ gcc -c 2.c
2.c: In function ‘main’:
2.c:5:13: warning: implicit declaration of function ‘abs’ [-Wimplicit-function-declaration]
5 | int x = abs(5, -1, 3, 2);
| ^~~
2.c:5:13: warning: too many arguments to built-in function ‘abs’ expecting 1 [-Wbuiltin-declaration-mismatch]
$ gcc 2.o
$ ./a.out
x = 5
虽然这个例子的运行结果是正确的,但是这种正确是“碰巧”的,因为额外的函数参数并没有影响到结果。这种偶然正确是程序中要避免的。
3. 编程中注意事项
C 语言的隐式函数声明,给程序员带来了各种困惑,给程序的稳定性带来了非常坏的影响。不知道当初 C 语言设计者是如何考虑这个问题的?
为了避免这种影响,强烈建议程序员重视编译器给出的关于隐式声明的警告,以及通过包含必要的头文件来消除这种警告。
为了避免这种问题,在 C99 版本中,无论如何都会给出警告。
而 C++ 则更加严格,直接抛弃了隐式函数声明,对于未声明函数的调用,直接报错。
$ g++ 2.c
2.c: In function ‘int main(int, char**)’:
2.c:5:13: error: ‘abs’ was not declared in this scope
5 | int x = abs(5, -1, 3, 2);
| ^~~
在函数强类型这一点上,C++ 确实比 C 更严格、更谨慎。