函数原型的作用是什么？

Question

我正在跟随一份教程学习curses，其中所有的C代码都是在main()之前原型函数内部定义，然后再进行定义。在我的C++学习中，我听说过函数原型，但从未尝试过，并且据我所知，它对代码编译的影响不大。这更多是程序员个人选择吗？如果是，那么为什么它被包含在C中呢？

- Maulrus

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当两个函数相互调用时，您将需要前置声明。 - kennytm

可能是重复问题：C89、C90或C99中是否需要所有函数的原型？ - Jens Gustedt

我不明白为什么。我不是在问它们是否必要，我只是不理解它们为什么首先出现在标准中。 - Maulrus

简短回答是：编写编译器已经很困难了，要求事先声明所有内容是保持编译器单遍的有效方式。 - user395760

为什么人们将这个问题关闭为完全重复？另一个问题是在询问是否需要使用它。而这个问题是在询问为什么要使用它。仅仅因为它们的标题都有原型这个词并不意味着它们是同一个问题。 - Maulrus

Answer 1

在C语言中，最初并未包括函数原型。当您调用函数时，编译器只是相信该函数存在，并接受您提供的参数类型。如果您获取参数的顺序、数量或类型有误，则很遗憾——您的代码将在运行时以可能难以理解的方式失败。

后来的C语言版本添加了函数原型以解决这些问题。在某些情况下，您的参数会被隐式转换为声明类型，或者作为与原型不兼容的标记，并且编译器可以标记类型顺序和数量错误为错误。这具有启用可变参数函数及其所需特殊参数处理的副作用。

请注意，在C语言中（与C ++不同），声明为foo_t func()的函数与声明为foo_t func(void)的函数不同。后者被原型化为没有参数的函数。前者声明了一个没有原型的函数。

- Jeremy W. Sherman

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最后一节关于声明和原型之间的区别加1分。 - legends2k

Answer 2

在C语言中，需要进行原型设计，以便在您未定义函数x()时，程序知道该函数的存在。这样，y()就知道有一个x()函数存在。由于C语言采用自上而下的编译方式，因此需要事先定义函数。

x();
y();
main(){

}

y(){
x();
}

x(){
...
more code ...
maybe even y();
}

- Jim

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我认为这个答案完全没有抓住重点。首先，您可以在作用域中没有原型的情况下调用任何函数，并在定义之前调用它（适用某些规则）。其次，“自上而下编译”（无论确切含义是什么）不是 C 的一部分，也没有要求以某种特定方式编译 C。 - Jens

第三，你的代码片段甚至没有包含适当的原型！它太懒了，gcc -Wall -pedantic -std=c89 x.c 会产生10个警告。 - Jens

Answer 3

我认为这是为了让客户能够访问库的.h文件并查看可用的函数，而无需查看实现（该实现将在另一个文件中）。

这对于查看函数返回什么/有哪些参数很有用。

- robev

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从头文件中获取可用函数是一个不好的想法，因为头文件可能包含应用程序员无法使用的任意魔法。一个严肃的开发者将从所提供的库文档中获取所有所需信息。对于标准C、POSIX和许多其他库（甚至是Windows API），文档都是免费提供的，可能已经存在（man页面、Windows帮助等）。如果您需要从头文件中获取原型，那么您就走错了路。 - Jens

Answer 4

函数原型是编译器编写早期的遗留物。过去，编译器需要对源文件进行多次扫描以进行编译被认为效率极低。

在C语言中，在某些情况下，以一种方式引用函数在语法上等同于引用变量：考虑获取指向函数的指针与获取指向变量的指针。在编译器的中间表示中，这两者在语义上是不同的，但从上下文中无法确定标识符是变量、函数名还是无效的标识符。

由于从上下文中无法确定，没有函数原型，每次编译一个源文件时，编译器都需要对其进行额外的扫描。这将为任何编译添加额外的O(n)因素（即，如果编译是O(m)，现在将是O(m*n)），其中n是项目中文件的数量。在大型项目中，编译已经需要数小时，拥有双通道编译器是非常不可取的。

提前声明所有函数将允许编译器在扫描文件时构建函数表，并能够确定它遇到的标识符是引用函数还是变量。

由于这个原因，C（以及C++）编译器在编译方面非常高效。

- sxeraverx

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这并不一定是正确的 - 如果他们不需要函数原型，他们就不必重复解析相同的 #include 三十次。这就是为什么预编译头文件在 MSVC 中能够有效地减少构建时间的原因 - 因为 #include 需要很长时间。 - Puppy

我喜欢这个开端。是的，编译模型应该受到责备。但我不太喜欢为这个模型辩护。建议C++编译器在编译方面非常高效，最终却是一场灾难。得了吧！ - Maciej Hehl

Answer 5

它允许您拥有这样一种情况，即可以在单独的.h文件中定义迭代器类，其中包括父容器类。由于您已经在迭代器中包含了父标题，因此无法拥有像"getIterator()"这样的方法，因为返回类型必须是迭代器类，因此它需要在父标题中包含迭代器头文件，从而创建循环包含（一个包含另一个，另一个再次包含自己等）。

如果将迭代器类原型放置在父容器内部，则可以拥有这样的方法，而无需包含迭代器头文件。这只起作用，因为您仅仅是说这样的对象存在并将被定义。

当然，有一些解决方法，例如使用预编译头文件，但我认为这样做不太优雅，并带来一堆缺点。当然，这是C++，而不是C。然而，在实践中，您可能会遇到这样一种情况，想以这种方式排列代码，除了类之外。

- Neil

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一个迭代器类，在 C 语言中？问题提到了 C++，但是讨论的是 C 的理论基础，因此我认为需要给出不同的示例 :-) - Steve Jessop