为什么 c 和 c++ 以不同的方式对待未初始化变量的重定义？

Question

int a;
int a=3; //error as cpp compiled with clang++-7 compiler but not as C compiled with clang-7;

int main() {

}

对于 C，编译器似乎将这些符号合并为一个全局符号，但对于 C++，这是一个错误。

演示

---

文件 1：

int a = 2;

文件2：

#include<stdio.h>
int a; 

int main() {
    printf("%d", a); //2
}

作为用 clang-7 编译的 C 文件，链接器不会产生错误，我假设它将未初始化的全局符号“a”转换为外部符号（将其视为被编译为外部声明）。作为使用 clang++-7 编译的 C++ 文件，链接器会产生多重定义错误。

---

更新：链接的问题确实回答了我的问题中的第一个示例，特别是“在 C 中，如果在同一翻译单元中较早或较晚找到实际的外部定义，则暂定定义仅作为声明。” 和'C++ 没有“暂定定义”'。

至于第二种情况，如果我 printf a，那么它会打印 2，所以显然链接器已经正确链接了它（但我以前假设编译器将临时定义初始化为 0 作为全局定义，并且会导致链接错误）。

事实证明，int i[];两个文件中的暂定定义也与一个定义相关联。int i[5];也是 .common 中的一个暂定定义，只是向汇编器表达了不同的大小。前者称为类型不完整的暂定定义，而后者是类型完整的暂定定义。

C 编译器发生的情况是，int a在 .common 中将其设为强绑定弱全局，并在符号表中未初始化（其中 .common 表示弱全局）（而extern int a将是外部符号），并且链接器做出必要的决定，即它忽略所有使用#pragma weakif定义的弱边界全局变量，如果在翻译单元中存在具有相同标识符的强边界全局变量，其中 2 个强边界将是多重定义错误（但如果它没有找到强边界，而 1 weak-bound，输出是单个弱边界，如果没有找到强边界，只有两个弱边界，则选择命令行第一个文件中的定义，输出单个弱边界。虽然两个弱边界-bounds 是两个定义到链接器（因为它们被编译器初始化为 0），这不是多重定义错误，因为它们都是弱绑定）然后解析所有 .common 符号以指向强/弱绑定强全局。https://godbolt.org/z/Xu_8tY https://docs.oracle.com/cd/E19120-01/open.solaris/819-0690/chapter2-93321/index.html 正如baz用#pragma weak 声明的那样，它是弱边界并被编译器归零并放入 .bss（即使它是一个弱全局，它也不会进入 .common，因为它是弱边界；所有弱边界变量都进入 .bss如果未初始化并由编译器初始化，或者 .data 如果它们已初始化）。如果没有用 声明#pragma weak，baz 如果没有找到弱/强绑定强全局符号，则链接器会将其归零。

C++ 编译器int a在 .bss 中创建一个强绑定强全局并将其初始化为 0：https://godbolt.org/z/aGT2-o，因此链接器将其视为多重定义。

---

更新 2：

GCC 10.1 默认为-fno-common. 因此，全局变量目标在各种目标上更有效。在 C 中，具有多个暂定定义的全局变量现在会导致链接器错误（如 C++）。有了-fcommon这样的定义连接过程中默默合并。

Answer 1

我将解决问题的 C 端，因为我更熟悉该语言，并且您似乎已经很清楚为什么 C++ 端会这样工作。欢迎其他人添加详细的 C++ 答案。

正如您所指出的，在第一个示例中，C 将该行int a;视为暂定定义（请参阅N2176中的 6.9.2 ）。后者int a = 3;是带有初始值设定项的声明，因此它是外部定义。因此，早期的暂定定义int a;仅被视为声明。因此，追溯起来，您首先在文件范围内声明了一个变量，然后定义了它（使用初始值设定项）。没问题。

在您的第二个示例中，file2也有 的暂定定义a。该翻译单元中没有外部定义，因此

其行为与翻译单元包含该标识符的文件范围声明完全相同，复合类型截至翻译单元末尾，初始值设定项等于 0。 [6.9.2 (1)]

也就是说，就好像您int a = 0;用file2. 现在您的程序中有两个外部定义a，一个是 in file1，另一个是 in file2。这违反了 6.9 (5)：

如果在表达式中使用通过外部链接声明的标识符（而不是作为结果为整型常量的 sizeof 或 _Alignof 运算符的操作数的一部分），则在整个程序中的某处应该有一个该标识符的外部定义；否则，不得超过一个。

因此，在 C 标准下，程序的行为是未定义的，编译器可以自由地执行它喜欢的操作。（但请注意，不需要诊断。）对于您的特定实现，您的编译器不会选择做您所描述的事情，而不是召唤鼻恶魔：使用common目标文件格式的功能，并让链接器将定义合并为一个。尽管标准没有要求，但这种行为至少在 Unix 上是传统的，并且在 J.5.11 中被标准称为“通用扩展”（无双关语）。

在我看来，此功能非常方便，但由于只有您的目标文件格式支持它才可能实现，因此我们不能真正指望 C 标准作者强制使用它。

clang据我所知，并没有非常清楚地记录此行为，但是gcc具有相同行为的 ，在该选项下描述了它-fcommon。在任一编译器上，您可以使用 禁用它-fno-common，然后您的程序应该无法链接并出现多重定义错误。