Ta funkcja C powinna zawsze zwracać wartość false, ale tak nie jest

Dawno temu natknąłem się na interesujące pytanie na forum i chcę poznać odpowiedź.

Rozważ następującą funkcję C:

f1.c

#include <stdbool.h>

bool f1()
{
    int var1 = 1000;
    int var2 = 2000;
    int var3 = var1 + var2;
    return (var3 == 0) ? true : false;
}

Powinno to zawsze powrócić falseod var3 == 3000. mainFunkcja wygląda tak:

main.c

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

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

Ponieważ f1()zawsze powinien wracać false, można by oczekiwać, że program wydrukuje tylko jeden fałsz na ekranie. Ale po skompilowaniu i uruchomieniu, wykonane jest również wyświetlane:

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

Dlaczego? Czy ten kod ma jakieś niezdefiniowane zachowanie?

Uwaga: skompilowałem to gcc (Ubuntu 4.9.2-10ubuntu13) 4.9.2.

Jak zauważono w innych odpowiedziach, problemem jest to, że używasz gccgo bez ustawionych opcji kompilatora. Jeśli to zrobisz, domyślnie będzie to tak zwane „gnu90”, które jest niestandardową implementacją starego, wycofanego standardu C90 z 1990 roku.

W starym standardzie C90 występowała poważna wada w języku C: jeśli nie zadeklarowałeś prototypu przed użyciem funkcji, domyślnie byłby to int func ()(gdzie ( )oznacza „zaakceptuj dowolny parametr”). Zmienia to konwencję wywoływania funkcji func, ale nie zmienia faktycznej definicji funkcji. Ponieważ wielkość booli intsą różne, kod wywołuje niezdefiniowane zachowanie, gdy funkcja jest wywoływana.

To niebezpieczne nonsensowne zachowanie zostało naprawione w 1999 roku wraz z wydaniem standardu C99. Deklaracje funkcji niejawnych zostały zakazane.

Niestety, GCC do wersji 5.xx nadal domyślnie używa starego standardu C. Prawdopodobnie nie ma powodu, dla którego powinieneś chcieć skompilować swój kod jako coś innego niż standardowy C. Więc musisz wyraźnie powiedzieć GCC, że powinien skompilować twój kod jako nowoczesny kod C, zamiast około 25-letniej, niestandardowej bzdury GNU .

Rozwiąż problem, zawsze kompilując program jako:

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

• -std=c11 nakazuje mu podjąć bezmyślną próbę kompilacji zgodnie z (obecnym) standardem C (nieoficjalnie znanym jako C11).
• -pedantic-errors każe mu z całego serca robić powyższe i dawać błędy kompilatora, gdy piszesz niepoprawny kod, który narusza standard C.
• -Wall oznacza, że ​​podam kilka dodatkowych ostrzeżeń, które warto mieć.
• -Wextra oznacza, że ​​podam kilka innych ostrzeżeń, które warto mieć.

Nie masz zadeklarowanego prototypu f1()w main.c, więc jest domyślnie zdefiniowany jako int f1(), co oznacza, że ​​jest to funkcja, która pobiera nieznaną liczbę argumentów i zwraca an int.

Jeśli inti boolmają różne rozmiary, spowoduje to niezdefiniowane zachowanie . Na przykład na moim komputerze intjest 4 bajty i booljeden bajt. Ponieważ funkcja jest zdefiniowana , aby powrócić bool, stawia jeden bajt na stosie, kiedy wraca. Ponieważ jednak niejawnie zadeklarowano powrót intz main.c, funkcja wywołująca spróbuje odczytać 4 bajty ze stosu.

Domyślne opcje kompilatorów w gcc nie mówią, że to robi. Ale jeśli się skompilujesz -Wall -Wextra, otrzymasz:

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

Aby to naprawić, dodaj deklarację dla f1w main.c przed main:

bool f1(void);

Zauważ, że lista argumentów jest jawnie ustawiona na void, co informuje kompilator, że funkcja nie przyjmuje żadnych argumentów, w przeciwieństwie do pustej listy parametrów, co oznacza nieznaną liczbę argumentów. f1Należy również zmienić definicję w f1.c, aby to odzwierciedlić.

Myślę, że ciekawie jest zobaczyć, gdzie faktycznie występuje niedopasowanie wielkości wspomniane w doskonałej odpowiedzi Lundina.

Jeśli się skompilujesz --save-temps, otrzymasz pliki asemblera, które możesz obejrzeć. Oto część, w której f1()dokonuje == 0porównania i zwraca jego wartość:

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

Powracającą częścią jest sete %al. W konwencjach wywoływania x86 C, zwracane są wartości 4 bajtów lub mniejsze (które zawierają inti bool) są zwracane przez rejestr %eax. %aljest najniższym bajtem z %eax. Tak więc górne 3 bajty %eaxpozostają w niekontrolowanym stanie.

Teraz w main():

call    f1
testl   %eax, %eax
je  .L2

To, czy kontrole cały of %eaxwynosi zero, ponieważ uważa, że to badanie int.

Dodanie jawnej deklaracji funkcji zmienia main()się w:

call    f1
testb   %al, %al
je  .L2

czego chcemy.

Skompiluj za pomocą polecenia takiego jak to:

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

Wynik:

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

Dzięki takiej wiadomości powinieneś wiedzieć, co zrobić, aby to poprawić.

Edycja: Po przeczytaniu (teraz usuniętego) komentarza próbowałem skompilować kod bez flag. To doprowadziło mnie do błędów linkera bez ostrzeżeń kompilatora zamiast błędów kompilatora. Te błędy linkera są trudniejsze do zrozumienia, więc nawet jeśli -std-gnu99nie jest to konieczne, spróbuj zawsze użyć przynajmniej -Wall -Werrorto pozwoli ci zaoszczędzić wiele bólu w dupie.