由stdout引发的思考

1 前言

还是继续以前的风格吧，喜欢在osc的讨论区看一些问题，然后选择一些有意思的加以深入分析和调研，最后将分析的成果整理成博文和大家一起分享，当然本次博文当然也不例外。

今天早些时候在osc的技术问答模块发现一个有意思的问题http://www.oschina.net/question/1020892_114830，截图如下：

现将相关的分析思路整理成博文，和大家一起探讨下。

2 分析

以下是该问题的分析思路，如有错误之处，欢迎大家不吝指出，谢谢！

【1】man 3 stdout我们得到以下部分输出：

#include <stdio.h>
       extern FILE *stdin;       extern FILE *stdout;       extern FILE *stderr;

从上面我们可以看到stdout的类型是FILE *

【2】man 3 write我们得到以下部分输出：

#include <unistd.h>
ssize_t pwrite(int fildes, const void *buf, size_t nbyte,off_t offset);        
ssize_t write(int fildes, const void *buf, size_t nbyte);

从上面我们可以看到write(...)函数的头文件为unistd.h，且第一个参数的类型为int

【3】楼主帖子中的第一种方式

#include<stdio.h>int main(){
    write(stdout,"hahhh",6);      
    return 0;
}

结合【1】中stdout的类型为FILE *以及【2】中的write(...)的第一个参数为int，所以在实际运行的时候，会将FILE *类型强制转换为int，而(int)stdout的结果为：-1122261984（不同的机器结果可能不一样）

故

write(stdout,"hahhh",6);

等同于：

write(-1122261984,"hahhh",6);

且我们知道STDOUT_FILENO为1，所以我们在屏幕上看不到任何的输出；

另外，如果我们加上-Wall参数进行编译，会得到如下的警告信息：

warning: passing argument 1 of ‘write’ makes integer from pointer without a cast [enabled by default]      write(stdout, "hahhh", 6);

这条警告的大致意思是write函数的第一个参数直接将指针赋值给整数；

【4】楼主帖子中的第二种方式：

#include<stdio.h>int main(){
    write(1,"hahhh",6);     
    return 0;
}

当我们用gcc命令并加上-Wall编译后得到下面的警告信息：

warning: implicit declaration of function ‘write’ [-Wimplicit-function-declaration]
      write(stdout, "hahhh", 6);
      ^

出现这个警告的原因是从【2】我们看到write(...)的头文件是<unistd.h>，所以务必加上#include <unistd.h>

另外1为STDOUT_FILENO即标准输出，所以在屏幕上看到了我们所期望的输出。

Q:相信大家看到这里的时候，会发现一个问题，那就是为什么上面的代码中没有加<unistd.h>这个头文件，我们的程序依然可以运行，惟独只有编译的时候的跳出的一个警告信息。

我们先来了解一下基本的链接知识：

当gcc编译*.c文件的时候，如果发现某函数(如test())未定义或声明，编译器并未报错而只是提出警告，警告的信息一般如下：

warning: implicit declaration of function ‘test’ [-Wimplicit-function-declaration]

编译器默认该函数会在其他的模块中定义，在链接阶段，如果还未找到该函数定义则报链接错误，一般错误信息如下：

undefined reference to `test'
  collect2: error: ld returned 1 exit status

所以针对上面提出的问题，源程序中即使没有包含<unistd.h>头文件，同样可以编译通过。那为什么可以链接成功呢？

我们运行ldd a.out可以看到a.out依赖的动态链接库如下所示：

linux-vdso.so.1 =>  (0x00007fff1d7fe000)
libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0x00000034bce00000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00000034bc600000)

从上面输出的结果，我们看到了大名鼎鼎的libc.so.6即libc动态链接库，我们从wikipedia中得到glic如下描述：

glibc provides the functionality required by the Single UNIX Specification, POSIX (1c, 1d, and 1j) and some of the functionality required by ISO C99, Berkeley Unix (BSD) interfaces, the System V Interface Definition (SVID) and the X/Open Portability Guide (XPG), Issue 4.2, with all extensions common to XSI (X/Open System Interface) compliant systems along with all X/Open UNIX extensions. In addition, glibc also provides extensions that have been deemed useful or necessary while developing GNU.

另外我们得到unistd.h的相关描述如下：

In the C and C++ programming languages, unistd.h is the name of the header file that provides access to the POSIX operating system API.

从上面的描述，我们可以看到glibc实现了single unix specificaton, POSIX等功能，且我们了解到unistd.h是POSIX API的头文件。

至此，我们得到libc中实现了<unistd.h>中定义的所有函数当然包括我们程序中用到的write(...)函数，所以链接过程不会出错，程序能够正常运行。

总结

从上述对帖子问题的分析，我们总结c语言编程的相关知识如下：

1. 编译的时候加上-Wall参数，让编译器输出所有的警告信息，作为严谨的程序员，我们应该排除出现的所有的警告信息；
   
2. 在编写程序的时候，务必加上正确的头文件，如不太清楚该函数属于哪个头文件，可借助linux下强大的man命令,另外还可以看到关于该函数的详细说明；
   

注1：

man 命令的不同section的具体含义如下：

man 3为直接查看c标准库

注2：

unistd.h中的unistd表示unix standard方便大家记忆

如上述分析有错误之处，还望各位不吝指出，谢谢！

引用

[1] http://www.gnu.org/software/libc/

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/GNU_C_Library