Question

所以，我知道在C中你需要将代码链接到数学库libm，以便能够使用它的函数。今天，当我试图向朋友证明这一点，并解释为什么你需要这样做时，我遇到了以下我不理解的情况。

请考虑以下代码：

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

/* #define VARIABLE */

int main(void)
{
#ifdef VARIABLE
    double a = 2.0;
    double b = sqrt(a);
    printf("b = %lf\n",b);
#else
    double b = sqrt(2.0);
    printf("b = %lf\n",b);
#endif
    return 0;
}

如果定义了VARIABLE，则需要按照您通常预期的方式链接libm;否则，您会收到通常的main.c:(.text+0x29): undefined reference to sqrt链接错误，指示编译器无法找到函数sqrt的定义。我很惊讶地看到，如果我评论#define VARIABLE，代码运行正常，结果是正确的！

为什么在使用变量时我需要链接到libm但是在使用文字常量时我不需要这样做？当库没有链接时，编译器如何找到sqrt的定义？我在linux下使用gcc 4.4.5。

Answer 1

GCC可以为constant folding执行几个标准库函数。显然，如果函数在编译时折叠，则不需要运行时函数调用，因此不需要链接到libm。您可以通过查看编译器生成的汇编程序（使用objdump或类似函数）来确认这一点。

我猜这些优化仅在参数是常量表达式时触发。

Answer 2

我认为GCC使用其内置功能。我用-fno-builtin-sqrt编译了你的代码并得到了预期的链接器错误。

ISO C90功能...... sin，sprintf，sqrt ...都是除非指定-fno-builtin，否则将被识别为内置函数

Answer 3

正如大家所说，是的，它与constant folding有关。

关闭优化，GCC似乎只在使用sqrt(2.0)时执行此操作。这是证据：

案例1：使用变量。

    .file   "main.c"
    .section    .rodata
.LC1:
    .string "b = %lf\n"
    .text
.globl main
    .type   main, @function
main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    fldl    .LC0
    fstpl   24(%esp)
    fldl    24(%esp)
    fsqrt
    fucom   %st(0)
    fnstsw  %ax
    sahf
    jp  .L5
    je  .L2
    fstp    %st(0)
    jmp .L4
.L5:
    fstp    %st(0)
.L4:
    fldl    24(%esp)
    fstpl   (%esp)
    call    sqrt
.L2:
    fstpl   16(%esp)
    movl    $.LC1, %eax
    fldl    16(%esp)
    fstpl   4(%esp)
    movl    %eax, (%esp)
    call    printf
    movl    $0, %eax
    leave
    ret
    .size   main, .-main
    .section    .rodata
    .align 8
.LC0:
    .long   0
    .long   1073741824
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

您可以看到它会调用sqrt函数。因此，如果不链接数学库，则会出现链接器错误。

案例2：使用文字。

    .file   "main.c"
    .section    .rodata
.LC1:
    .string "b = %lf\n"
    .text
.globl main
    .type   main, @function
main:
    pushl   %ebp
    movl    %esp, %ebp
    andl    $-16, %esp
    subl    $32, %esp
    fldl    .LC0
    fstpl   24(%esp)
    movl    $.LC1, %eax
    fldl    24(%esp)
    fstpl   4(%esp)
    movl    %eax, (%esp)
    call    printf
    movl    $0, %eax
    leave
    ret
    .size   main, .-main
    .section    .rodata
    .align 8
.LC0:
    .long   1719614413
    .long   1073127582
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.4.3-4ubuntu5) 4.4.3"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

没有致电sqrt。因此没有链接器错误。

通过优化，GCC将在两种情况下进行持续传播。因此在任何一种情况下都没有链接器错误。

$ gcc main.c -save-temps
main.o: In function `main':
main.c:(.text+0x30): undefined reference to `sqrt'
collect2: ld returned 1 exit status
$ gcc main.c -save-temps -O2
$

Answer 4

那是因为gcc足够聪明，可以发现常数2的平方根也是一个常量，所以它只生成如下代码：

mov register, whatever-the-square-root-of-2-is

因此无需在运行时进行平方根计算，gcc已在编译时完成。

这类似于一个基准测试程序，它执行大量的计算，然后对结果不执行任何操作：

int main (void) {
    // do something rather strenuous
    return 0;
}

您可能（在高优化级别）看到所有优化的do something rather strenuous代码都不存在。

gcc个文档有一整页专门用于这些内置插件here，该页面中sqrt和其他内容的相关部分是：

除非指定abort, abs, acos, asin, atan2, atan, calloc, ceil, cosh, cos, exit, exp, fabs, floor, fmod, fprintf, fputs, frexp, fscanf, isalnum, isalpha, iscntrl, isdigit, isgraph, islower, isprint, ispunct, isspace, isupper, isxdigit, tolower, toupper, labs, ldexp, log10, log, malloc, memchr, memcmp, memcpy, memset, modf, pow, printf, putchar, puts, scanf, sinh, sin, snprintf, sprintf, sqrt, sscanf, strcat, strchr, strcmp, strcpy, strcspn, strlen, strncat, strncmp, strncpy, strpbrk, strrchr, strspn, strstr, tanh, tan, vfprintf, vprintf（或为单个函数指定vsprintf），否则ISO C90函数-fno-builtin和-fno-builtin-function都被识别为内置函数。 / p>

所以，非常多，真的： - ）

数学库中的文字常量与变量

4 个答案: