为什么我可以在C语言中定义两次变量？

Question

我一直在测试全局变量、定义和声明，现在停在这个情况：

main.c:

#include "stdio.h"

void func(void);
int a;

int main(void) {
    a = 20;
    printf("in main: %d\n", a);
    func();
    
    return 0;
}

add.c:

#include <stdio.h>

void func(void);
int a;

void func() {
    printf("in add: %d\n", a);
}

所以在C语言中，这行代码是

int a;

声明和定义都是指变量，但我们知道一个变量不能被定义多次。那么如果我们有两个定义和两个声明的a，为什么这段代码还能编译通过呢？我正在使用CLion，当我在main中按下“转到定义/声明”按钮时，它会将指针移动到add.c中的a，当我在add.c中执行相同操作时，它会返回到main.c，所以我无法理解这里发生了什么。

- Oleksandr Novik

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дҪ еҸҜиғҪжғіиҰҒзҡ„жҳҜдёҖдёӘеҢ…еҗ«void func(void);е’Ңextern int a;зҡ„add.hж–Ү件гҖӮ然еҗҺеңЁдҪ зҡ„main.cдёӯеҠ е…Ҙ#include "add.h"гҖӮе…ЁеұҖеҸҳйҮҸжҳҜдёҚеҘҪзҡ„гҖӮ - undefined

当你写（例如）int a;时，它是一个“常见”的符号。请参考我的回答：https://stackoverflow.com/questions/64626917/global-variables-and-the-data-section/64627070#64627070 以获取解释。 - undefined

使用GCC编译器，将main.c和add.c文件一起编译，编译命令为gcc -Wall -Wextra -g -c，然后使用gcc main.o add.o -o yourprog进行链接。最后，使用GDB调试器对yourprog可执行文件进行调试。请务必阅读您所使用的编译器和调试器的文档。 - undefined

你的程序行为因为存在两个外部标识符a的定义而变得未定义，并不意味着你可以依赖编译器拒绝该程序或者诊断出问题。"未定义"就是"未定义"。 - undefined

Answer 1

在任何函数之外，int x;是一个“试探性定义”，一些编译器和链接器将其视为一种“合作定义”，其中一个标识符可以在多个文件中以这种方式声明，并且将导致只定义一个对象。

由于历史原因，C语言对于外部声明（函数之外的声明）的规则有些复杂 - C语言的发展是由不同的人开发和实验而来，而不是根据我们今天所拥有的知识进行设计。 定义：int x = 3;是一个定义。它既声明了标识符x，也为一个int保留了内存，并将int初始化为3。 声明：extern int x;是一个声明，但不是一个定义。它声明了标识符x，但不为其保留内存。 extern int x;给x提供了外部链接，如果它出现在函数之外，int x = 3;也会提供外部链接。外部链接意味着当它们出现在不同的源文件中时，标识符的两个实例将链接到内存中的同一对象。

C标准规定，具有外部链接的标识符“应该”最多有一个定义（C 2018 6.9 5）。（如果程序中使用了该标识符，则必须有一个定义。如果在表达式中未使用，则不需要定义。）

“试探性定义”：在函数外部，int x;是一种特殊类型的声明，称为“试探性定义”。C标准规定，如果在一个翻译单元（正在编译的源文件及其包含的所有文件）中存在试探性定义且没有常规定义，将创建一个常规定义。

那么，如果违反“最多有一个定义”的规则会发生什么呢？事实是，这不是程序必须遵守的规则。当C标准说“应该”时，意思是，如果程序遵守这个规则，行为将与C标准规定的一样。如果程序违反这个规则，C标准不定义行为（C 2018 4 2）。相反，我们让编译器和链接器定义行为，如果它们的设计者选择这样做。

在编译器和链接器中，一种常见的行为（但不是唯一的可能性）是当程序违反了关于最多一个定义的规则时：

- 如果在链接时存在多个常规定义，则报告错误。 - 如果存在多个来自尝试定义的定义，但只有一个来自常规定义，将它们合并为一个定义。

这是GCC及其相关工具在GCC版本10之前的默认行为，并在C 2018标准的常见扩展的信息部分（J.5.11）中明确提到。在当前版本的GCC中，默认情况下，任何类型的多个定义都被视为错误。您可以使用命令行开关“-fcommon”请求旧的行为。

- Eric Postpischil

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值得一提的是附录J.5.11（常见扩展 - 多个外部定义），许多编译器都实现了该功能。 - undefined

从C标准的角度来看，简单来说，这是未定义行为，因此对包含它的程序的行为没有任何保证。然而，特定的编译器/链接器可能选择定义一个特定的行为，就像答案中所描述的那样。由于标准提到了一种常见的解决方案，所以这种行为并不像其他未定义行为那样未知。 - undefined