在编译和链接C代码时，为什么在某些情况下不需要-lm？

Question

我这里有一个示例文件：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(){
  printf("%f\n", log(10));
}

当我使用gcc sample.c -oa编译它时它工作得很好。 我可以使用./a运行它，它会像预期的那样产生输出2.302585 。

然而，当我的文件看起来像这样：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main(){
  double a = 10;
  printf("%f\n", log(a));
}

它不能用gcc sample.c -oa编译。 相反，我必须使用gcc sample.c -oa -lm这样我才能明确地告诉它“链接数学”...这就是我没有真正遵循的地方，为什么我不必在第一次链接数学例？ 它究竟是什么意思必须“链接数学”？ 自从我使用C编译器以来已经有一段时间了，所以如果这是一个糟糕的问题，请原谅我。

Answer 1

检查反汇编，您可能会发现编译器在第一种情况下完全优化了对log()的调用（因此没有任何链接），但在第二种情况下则没有。 在这种特殊情况下，glibc定义：

# define M_LN10     2.30258509299404568402

例如，在math.h ，任何标准库函数都可以实现为宏，因此它可以在没有函数调用的情况下计算其中的一些内容。

Answer 2

根据GCC文档 ，可能不会调用数学库函数，某些内联函数已定义，在某些情况下可能会被调用。

... GNU C库为许多常用的数学函数提供了优化。 当使用GNU CC并且用户激活优化器时，会定义几个新的内联函数和宏。 这些新函数和宏与库函数具有相同的名称，因此使用它们而不是后者。 在内联函数的情况下，编译器将决定使用它们是否合理，并且此决定通常是正确的。

这意味着不需要调用库函数 ，并且可以显着提高生成代码的速度。 缺点是代码大小会增加，并且增加并不总是可以忽略不计。

Answer 3

由于某些原因，即使使用-O0，gcc也会优化log（const）。 所以在第一种情况下没有log（）调用。 检查装配以验证：

gcc sample.c -S

例如，clang并没有在O0上优化它。 但是在O2中，gcc在两种情况下都优化了呼叫。