clang 对全局变量的行为不同

问题描述

我有这些由 3 个文件组成的虚拟软件：

test.h

int gv;
void set(int v);

test.c

#include "test.h"

void set(int x) {
    gv = x;
}

main.c

#include "test.h"
#include <assert.h>

int main() {
    set(1);
    assert(gv == 1);
}

代码在 MSVC 2019 和 GCC 8 中编译并运行良好，但使用 clang（Visual Studio 2019 提供的 clang-cl 11）在链接时失败，抱怨 gv 已定义：

1>------ Build started: Project: test,Configuration: Debug x64 ------
1>lld-link : error : undefined symbol: gv
1>>>> referenced by ...\test\main.c:6
1>>>>               x64\Debug\main.obj:(main)
1>>>> referenced by ...\test\test.c:4
1>>>>               x64\Debug\test.obj:(set)
1>Done building project "test.vcxproj" -- FAILED.

我知道 extern 是在文件范围内定义的对象的默认 storage-class specifier，但是如果我明确指定 extern 到 int gv，它会中断与每个编译器的链接（当然，除非我在源文件中为 gv 添加定义）。

有一点我不明白。发生了什么？

解决方法

int gv; 是 gv 的暂定定义，根据 C 2018 6.9.2 2. 当翻译单元中没有常规定义时（正在编译的文件）包括它所包含的一切），一个临时定义变成了一个初始化器为零的定义。

由于此暂定定义包含在 test.c 和 main.c 中，因此 test.c 和 main.c 中都有暂定定义。当这些链接在一起时，您的程序就有两个定义。

C 标准没有定义当具有外部链接的相同标识符有两个定义时的行为。 （有两个定义违反了 C 2018 6.9 5 中的“shall”要求，并且标准没有定义违反要求时的行为。）由于历史原因，一些编译器和链接器将暂定定义视为“公共符号”定义将被链接器合并——具有相同符号的多个暂定定义将被解析为单个定义。而有些则没有；有些人将暂定定义视为常规定义，如果有多个定义，链接器会抱怨。这就是您看到不同编译器之间存在差异的原因。

要解决此问题，您可以将 int gv; 中的 test.h 更改为 extern int gv;，这使其成为不是定义（甚至不是临时定义）的声明。然后您应该将 int gv; 或 int gv = 0; 放在 test.c 中以提供程序的一个定义。另一种解决方案是使用 -fcommon 开关，如下所示。

默认行为在 GCC 版本 10 中发生了变化（在某些时候可能还有 Clang；我的 Apple Clang 11 的行为与您的报告不同）。使用 GCC 和 Clang，您可以使用命令行开关 -fcommon（将暂定定义视为公共符号）或 -fno-common（如果有多个暂定定义导致链接器错误）选择所需的行为.

一些附加信息是 here 和 here。

,

我知道 extern 是在文件范围内定义的对象的默认存储类说明符

确实如此，但链接因 gv 符号的“重新定义”而中断，不是吗？

这是因为 test.c 和 main.c 在预处理器包含标头后都有 int gv;。因此最终对象 test.o 和 main.o 都包含 _gv 符号。

最常见的解决方案是在 extern int gv; 头文件中包含 test.h（它告诉编译器 gv 存储分配在其他地方）。在 C 文件中，例如 main.c，定义 int gv; 以便 gv 的存储将实际分配，但仅在 main.o 对象内部分配一次。

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编辑：

引用您提供的相同链接 storage-class specifier，其中包含以下声明：

带有外部链接的声明通常在头文件中可用，以便所有 #include 文件的翻译单元可以引用在别处定义的相同标识符。