C语言中带返回值的void函数

Question

据我所知，void函数中的return语句会抛出一个错误。

但是在下面的程序中情况并非如此。

这里显示的输出结果为1。这是为什么？

main()
{
    int i=5;
    printf("%d",fun(fun(fun(i))));
}

void fun(int i)
{
    if (i%2)
    {
        return (i+(7*4)-(5/2)+(2*2));
    }
    else
    {
        return (i+(17/5)-(34/15)+(5/2));
    }
}

- venugopal

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在有原型之前使用 fun 可能会导致混乱的后果。这意味着它返回一个 int，当你稍后定义它时，编译器如何解决这个问题是无法确定的。自 C99 开始将禁止这种操作。 - Pascal Cuoq

事实上，这段代码产生的编译器警告行数与其相关代码行数大致相当。这并不是一个好的迹象。 - Andreas Grapentin

这是未定义行为。在没有编译器优化的情况下，我得到了1，在有编译器优化的情况下，我得到了0。 - mch

Answer 1

没有表达式的return语句：

void func(void) {
    return;
}

在一个 `void` 函数中使用 `return` 语句是完全合法的。带表达式的 `return` 语句的合法性取决于你使用的 C 语言版本。

1990 年的 C 标准规定：

“在返回类型为 `void` 的函数中，不得出现带表达式的 `return` 语句。”

1999 年和 2011 年版本的标准都规定：

“在返回类型为 `void` 的函数中，不得出现带表达式的 `return` 语句。只有在返回类型为 `void` 的函数中，才能出现不带表达式的 `return` 语句。”

这是一种约束，意味着违反它的任何程序都必须由编译器发出诊断（可能是非致命警告）。

C90 允许在历史原因上，在一个非 `void` 函数中使用不带表达式的 `return` 语句。ANSI C 之前没有 `void` 关键字，因此无法定义不返回值的函数。程序员会省略返回类型（默认为 `int`），并简单地忽略它。C90 规则允许这样的旧代码编译而不出错。但你仍然可能未从非 `void` 函数返回一个值，如果调用者试图使用（不存在的）结果，则程序的行为是未定义的。1999 年的标准稍微加强了规则。

你程序的另一个问题是在声明可见之前调用 `fun`。在 C99 和以后的规则下，这是非法的（尽管编译器可能只是警告）。按照 C90 规则，这是合法的，但编译器将假定该函数返回 `int`。你程序的行为是未定义的，但你的 `void` 函数 `fun` 可能会表现得好像它返回了一个值，并且对它的调用可能会表现得好像使用了那个值。

C 编译器对某些错误往往比较宽容，以便旧代码（有时是在第一个实际标准发布之前编写的）不被拒绝。但你的编译器至少应该警告你关于 `return` 语句的问题，可能还有关于无效调用的问题。你应该密切关注编译器的警告；它们应该几乎与致命错误一样处理。你应该使用选项增加编译器警告的数量。如果你使用 gcc，请使用 `-std=c90`、`-std=c99` 或 `-std=c11` 以及 `–pedantic` 来执行标准符合性。你可以添加 `-Wall -Wextra` 来启用更多警告。

- Keith Thompson

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我不知道这是好是坏，但有时我在返回void的函数中使用相当多的“空”返回。 - awatan

@JewelThief：这是完全有效的。尽管从良好的设计角度来看，一些人主张编写仅从一个点返回的函数；早期的 return，有或没有值，可能会使控制流分析更加困难。 - Keith Thompson

Answer 2

你提供的代码在C99标准下实际上是无效的，原因有很多，但最痛苦的一个如下所示：

foo.c:5:17: warning: implicit declaration of function 'fun' is invalid in C99 [-Wimplicit-function-declaration]
    printf("%d",fun(fun(fun(i))));
                ^
foo.c:8:6: error: conflicting types for 'fun'
void fun(int i)
     ^
foo.c:5:17: note: previous implicit declaration is here
    printf("%d",fun(fun(fun(i))));
                ^

请注意，如果你提供了 fun() 的函数原型，（你真的应该这样做），那么你将会得到不同的一组错误：

foo.c:7:25: error: passing 'void' to parameter of incompatible type 'int'
    printf("%d",fun(fun(fun(i))));
                        ^~~~~~

- Bill Lynch

Answer 3

因为C语言被编译成二进制代码，从技术上讲，函数总是会返回一个值。在大多数现代处理器中，返回的值会保存在一个寄存器¹中，比如在Intel处理器上是RAX（或者32位系统中的EAX），而你无法从CPU中移除一个寄存器。

当你创建一个空函数时，编译器会忽略返回结果，但它仍然存在。

在你的情况下，fun(fun(fun(i)))²表达式会将i传递给第一个调用，然后在Linux上的Intel处理器上，它会对第二个和第三个调用执行MOV RDI, RAX操作。这只是将RAX中的结果复制到fun()函数的第一个参数中，汇编中对应的是RDI。

所以这就是为什么你的代码会有一些“作用”。然而，今天这被认为是“未定义行为”。在过去，只要能让软件工作，就被认为是成功的。任何编译通过的代码都被视为有效的代码...

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¹ 在某些处理器上，尤其是一些旧的8位CPU上，可能会使用特定的内存位置，或者调用者必须传递一个地址，以便将返回值写入其中。

² 假设您的C编译器接受这样的代码，但实际上它不应该接受。至少gcc 11.3拒绝编译该代码。

- Alexis Wilke

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并不是每个系统都是带有x86/x64处理器的个人电脑。我想说，在所有可用C语言编程的系统中，这样的系统所占份额远远低于50%。你可能需要修改你的答案，使其更加通用。请注意，并不是每个系统都具备能够在寄存器中返回int类型的处理器。 - the busybee

因为C语言被编译成二进制代码，从技术上讲，函数总是会返回一个值。 -- 不，事实并非如此。问题中的代码不仅具有未定义行为，还违反了多个约束条件，因此严格来说它甚至不是C语言。如果编译器接受该代码，C标准并没有定义它的行为，所以从这个意义上说它具有未定义行为。调用约定，比如将函数结果返回到某个特定寄存器中，完全超出了C语言的范畴。C代码规定的是行为，而不是CPU指令序列。 - Keith Thompson