这个C函数应该总是返回false,但它不会

Question

我很久以前在一个论坛里偶然发现了一个有趣的问题,我想知道答案.

考虑以下C函数:

在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自var3 == 3000.该main函数如下所示:

main.c中

#include <stdio.h>
#include <stdbool.h>

int main()
{
    printf( f1() == true ? "true\n" : "false\n");
    if( f1() )
    {
        printf("executed\n");
    }
    return 0;
}

由于f1()应该总是返回false,人们会期望程序只能在屏幕上打印一个false.但是在编译并运行它之后,还会显示执行:

$ gcc main.c f1.c -o test
$ ./test
false
executed

这是为什么？这段代码是否有某种未定义的行为？

注意:我编译了它gcc (Ubuntu 4.9.2-10ubuntu13) 4.9.2.

Answer 1

如其他答案所述,问题是您使用gcc没有编译器选项集.如果你这样做,它默认为所谓的"gnu90",这是1990年旧的撤销C90标准的非标准实现.

在旧的C90标准中,C语言存在一个主要缺陷:如果在使用函数之前未声明原型,则默认为int func ()(其中( )表示"接受任何参数").这会更改函数的调用约定func,但不会更改实际的函数定义.由于大小bool和int不同,您的代码在调用函数时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年得到了修复.隐含的功能声明被禁止.

不幸的是,GCC版本5.xx仍然默认使用旧的C标准.可能没有理由为什么你想要将代码编译为标准C以外的任何东西.所以你必须明确告诉GCC它应该将你的代码编译为现代C代码,而不是25年以上的非标准GNU垃圾.

通过始终将程序编译为以下内容来解决问题:

gcc -std=c11 -pedantic-errors -Wall -Wextra

• -std=c11 告诉它根据(当前)C标准(非正式地称为C11)进行编译的半心半意.
• -pedantic-errors 告诉它全心全意地执行上述操作,并在编写违反C标准的错误代码时给出编译器错误.
• -Wall 意味着给我一些可能有好处的额外警告.
• -Wextra 意味着给我一些额外的警告,可能会有好处.

Answer 2

你没有f1()在main.c中声明一个原型,所以它被隐式定义为int f1(),这意味着它是一个函数,它接受一个未知数量的参数并返回一个int.

如果int且bool具有不同的大小,则会导致未定义的行为.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,因此它返回时会在堆栈上放置一个字节.但是,由于它被隐式声明int从main.c 返回,因此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您它正在执行此操作.但如果你编译-Wall -Wextra,你会得到这个:

main.c: In function ‘main’:
main.c:6: warning: implicit declaration of function ‘f1’

要解决此问题,请f1在main.c之前添加声明main:

bool f1(void);

请注意,参数列表显式设置为void,它告诉编译器函数不带参数,而不是空参数列表,这意味着参数数量未知.f1还应更改f1.c中的定义以反映这一点.

Answer 3

我认为看看Lundin的优秀答案中提到的大小不匹配实际发生的地方很有意思.

如果使用编译--save-temps,您将获得可以查看的汇编文件.下面是其中的一部分f1()做了== 0比较,并返回其值:

cmpl    $0, -4(%rbp)
sete    %al

回归部分是sete %al.在C的x86调用约定中,返回值为4个字节或更小(包括int和bool)通过寄存器返回%eax.%al是最低的字节%eax.因此,上面的3个字节%eax处于不受控制的状态.

现在main():

call    f1
testl   %eax, %eax
je  .L2

这种检查是否整体的%eax是零,因为它认为它是测试一个int.

添加显式函数声明更改main()为:

call    f1
testb   %al, %al
je  .L2

这就是我们想要的.

Answer 4

请使用如下命令编译:

gcc -Wall -Wextra -Werror -std=gnu99 -o main.exe main.c

输出:

main.c: In function 'main':
main.c:14:5: error: implicit declaration of function 'f1' [-Werror=impl
icit-function-declaration]
     printf( f1() == true ? "true\n" : "false\n");
     ^
cc1.exe: all warnings being treated as errors

有了这样的信息,您应该知道如何纠正它.

编辑:在阅读(现已删除)注释后,我尝试编译没有标志的代码.好吧,这导致链接器错误没有编译器警告而不是编译器错误.而那些链接器错误更难以理解,所以即使-std-gnu99没有必要,请尽量使用至少-Wall -Werror它会为你节省很多痛苦.