C - 函數的單一定義規則

Question

我是 C 的新手，讀到每個 function 可能只定義一次，但我似乎無法將其與我在控制台中看到的內容相協調。 例如，我能夠在沒有錯誤或警告的情況下覆蓋printf的定義：

#include <stdio.h>

extern int printf(const char *__restrict__format, ...) {
    putchar('a');
}

int main() {
    printf("Hello, world!");
    return 0;
}

因此，我嘗試查找標准中的單一定義規則，並在第 155 頁上找到第 6.9 (5) 節，其中說（強調）：

外部定義是外部聲明，它也是 function（內聯定義除外）或 object 的定義。如果在表達式 [...] 中使用使用外部鏈接聲明的標識符，則在整個程序的某處應恰好是該標識符的一個外部定義； 否則，不得超過一個。

我對鏈接的理解非常不穩定，所以我不確定這是相關的條款還是“整個程序”的確切含義。 但是，如果我將“整個程序”理解為<stdio.h>中的所有內容 + 我的源文件，那么我是否應該被禁止在我的源文件中重新定義printf ，因為它已經在“整個程序”的早期定義"（即在程序的stdio位中）？

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如果這個問題是一個騙局，我很抱歉，我找不到任何現有的答案。

Answer 1

C 標准沒有定義如果 function 有多個定義會發生什么。

……我不應該被禁止嗎……

C 標准對您的操作沒有管轄權。 它指定了 C 程序的解釋方式，而不是人類的行為方式。 雖然它的一些規則是用“shall”來寫的，但這並不是對程序員的命令，告訴他們他們可以做什么或不可以做什么。 它是一種修辭手段，用於指定 C 程序的語義。 C 2018 4 2 告訴我們它的實際含義：

如果違反了出現在約束或運行時約束之外的“應該”或“不應”要求，則行為未定義......

因此，當您提供printf的定義並且標准 C 庫提供 printf 的定義時， printf標准未指定會發生什么。 在通常的實踐中，可能會發生以下幾種情況：

• linker 使用您的printf 。 庫中的printf沒有用到。
• 編譯器具有printf的內置知識並使用它，盡管您定義了printf 。
• 如果您的printf在一個單獨的源模塊中，並且該模塊被編譯並插入到一個庫中，那么程序使用哪個printf取決於庫指定給 linker 的順序。

雖然 C 標准沒有定義如果 function（或一般的外部符號）有多個定義會發生什么，鏈接器通常會這樣做。 通常，當一個 linker 處理一個庫文件時，它的行為是：

• 檢查庫中的每個模塊。 如果該模塊定義了一個由先前並入的 object 模塊引用但尚未定義的符號，則將該模塊包含在 linker 正在構建的 output 中。 如果模塊未定義任何此類符號，則不要使用它。

因此，對於普通函數，出現在庫文件中的多個定義的行為是由 linker 定義的，即使它不是由 C 標准定義的。 （不過，可能會有一些復雜的情況。假設一個程序使用cos和sin ，並且 linker 已經包含一個定義cos的模塊，當它找到一個同時定義sin和cos的庫模塊時。因為 linker 有一個未解析的對sin的引用，它包括這個庫模塊，它引入了cos的第二個定義，導致多重定義錯誤。）

盡管 linker 的行為可能定義得很好，但這仍然存在編譯器具有關於標准庫函數的內置知識的問題。 考慮這個例子。 在這里，我添加了第二個printf ，所以程序有：

printf("Hello, world!");
printf("Hello, world!\n");

程序 output 是“aHello, world.\n”。 這表明程序對第一個printf調用使用了您的定義，但對第二個printf調用使用了標准行為。 該程序的行為就好像在同一個程序中有兩個不同的printf定義。

查看匯編語言可以看出發生了什么。 對於第二次調用，編譯器決定，因為printf("Hello, world;\n"); 正在打印一個沒有轉換規范並以換行符結尾的字符串，它可以改用更高效的puts例程。 所以匯編語言對第二個printf有call puts 。 編譯器無法對第一個printf執行此操作，因為它沒有以換行符結尾，它puts自動添加。

Answer 2

請注意declaration和definition 。 術語完全不同。

• stdio.h 只提供declaration 。 因此，當您在文件中聲明/定義時，只要原型相似，就可以了。
• 您可以在源文件中自由定義。 如果可用，最終程序將鏈接到您的而不是庫中的程序。