Hàm C này sẽ luôn trả về false, nhưng nó không

Tôi đã vấp phải một câu hỏi thú vị trong một diễn đàn từ lâu và tôi muốn biết câu trả lời.

Xét hàm C sau:

F1.c

#include <stdbool.h>

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

Điều này sẽ luôn luôn trở lại falsekể từ đó var3 == 3000. Các mainchức năng trông như thế này:

C chính

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

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

Vì f1()luôn luôn quay trở lại false, người ta sẽ mong đợi chương trình chỉ in một sai lên màn hình. Nhưng sau khi biên dịch và chạy nó, thực thi cũng được hiển thị:

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

Tại sao vậy? Liệu mã này có một số loại hành vi không xác định?

Lưu ý: Tôi đã biên dịch nó với gcc (Ubuntu 4.9.2-10ubuntu13) 4.9.2.

Như đã lưu ý trong các câu trả lời khác, vấn đề là bạn sử dụng gccmà không có tùy chọn trình biên dịch nào được đặt. Nếu bạn làm điều này, nó mặc định là "gnu90", đây là một triển khai không chuẩn của tiêu chuẩn C90 cũ, đã rút từ năm 1990.

Trong tiêu chuẩn C90 cũ, có một lỗ hổng lớn trong ngôn ngữ C: nếu bạn không khai báo nguyên mẫu trước khi sử dụng hàm, nó sẽ mặc định là int func ()(trong đó ( )có nghĩa là "chấp nhận bất kỳ tham số nào"). Điều này thay đổi quy ước gọi của hàm func, nhưng nó không thay đổi định nghĩa hàm thực tế. Vì kích thước của boolvà intkhác nhau, mã của bạn gọi hành vi không xác định khi hàm được gọi.

Hành vi vô nghĩa nguy hiểm này đã được sửa chữa vào năm 1999, với việc phát hành tiêu chuẩn C99. Khai báo hàm ẩn đã bị cấm.

Thật không may, GCC lên đến phiên bản 5.xx vẫn sử dụng chuẩn C cũ theo mặc định. Có lẽ không có lý do nào khiến bạn muốn biên dịch mã của mình thành bất cứ thứ gì ngoài tiêu chuẩn C. Vì vậy, bạn phải nói rõ với GCC rằng nó nên biên dịch mã của bạn thành mã C hiện đại, thay vì một crap GNU không chuẩn hơn 25 tuổi .

Khắc phục sự cố bằng cách luôn biên dịch chương trình của bạn dưới dạng:

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

• -std=c11 nói với nó để thực hiện một nỗ lực nửa vời để biên dịch theo tiêu chuẩn C (hiện tại) (được gọi một cách không chính thức là C11).
• -pedantic-errors nói với nó toàn tâm toàn ý làm những điều trên và đưa ra lỗi trình biên dịch khi bạn viết mã không đúng vi phạm tiêu chuẩn C.
• -Wall có nghĩa là cho tôi một số cảnh báo bổ sung có thể tốt để có.
• -Wextra có nghĩa là cho tôi một số cảnh báo bổ sung khác có thể tốt để có.

Bạn không có một nguyên mẫu được khai báo f1()trong main.c, do đó, nó được định nghĩa ngầm định int f1(), nghĩa là nó là một hàm lấy một số lượng đối số không xác định và trả về một int.

Nếu intvà boolcó kích thước khác nhau, điều này sẽ dẫn đến hành vi không xác định . Ví dụ, trên máy của tôi, intlà 4 byte và boollà một byte. Vì hàm được định nghĩa là trả về bool, nên nó đặt một byte trên ngăn xếp khi nó trả về. Tuy nhiên, vì nó được khai báo hoàn toàn trở về inttừ main.c, nên hàm gọi sẽ cố đọc 4 byte từ ngăn xếp.

Các tùy chọn trình biên dịch mặc định trong gcc sẽ không cho bạn biết rằng nó đang làm điều này. Nhưng nếu bạn biên dịch -Wall -Wextra, bạn sẽ nhận được điều này:

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

Để sửa lỗi này, hãy thêm một khai báo cho f1trong main.c, trước main:

bool f1(void);

Lưu ý rằng danh sách đối số được đặt rõ ràng void, cho biết trình biên dịch hàm không có đối số, trái ngược với danh sách tham số trống có nghĩa là số lượng đối số không xác định. Định nghĩa f1trong F1.c cũng nên được thay đổi để phản ánh điều này.

Tôi nghĩ thật thú vị khi thấy sự không phù hợp về kích thước được đề cập trong câu trả lời xuất sắc của Lundin thực sự xảy ra.

Nếu bạn biên dịch với --save-temps, bạn sẽ nhận được các tập tin lắp ráp mà bạn có thể xem. Đây là phần f1()thực hiện == 0so sánh và trả về giá trị của nó:

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

Phần trở lại là sete %al. Trong các quy ước gọi x86 của C, các giá trị trả về 4 byte hoặc nhỏ hơn (bao gồm intvà bool) được trả về qua thanh ghi %eax. %allà byte thấp nhất của %eax. Vì vậy, 3 byte trên %eaxđược để lại trong trạng thái không kiểm soát.

Bây giờ trong main():

call    f1
testl   %eax, %eax
je  .L2

Kiểm tra này xem toàn bộ các %eaxbằng không, bởi vì nó nghĩ rằng nó đang thử nghiệm một int.

Thêm một khai báo hàm rõ ràng thay đổi main()thành:

call    f1
testb   %al, %al
je  .L2

đó là những gì chúng ta muốn.

Vui lòng biên dịch bằng một lệnh như lệnh này:

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

Đầu ra:

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

Với một thông điệp như vậy, bạn nên biết phải làm gì để sửa nó.

Chỉnh sửa: Sau khi đọc một nhận xét (hiện đã bị xóa), tôi đã cố gắng biên dịch mã của bạn mà không có cờ. Vâng, điều này dẫn tôi đến các lỗi liên kết không có cảnh báo trình biên dịch thay vì lỗi trình biên dịch. Và những lỗi liên kết đó khó hiểu hơn, vì vậy ngay cả khi -std-gnu99không cần thiết, vui lòng cố gắng sử dụng ít nhất -Wall -Werrornó sẽ giúp bạn tiết kiệm rất nhiều đau đớn ở mông.