GCC 为什么以及如何编译缺少返回语句的函数？

问题描述：

考虑：

#include <stdio.h>

char toUpper(char);

int main(void)
{
    char ch, ch2;
    printf("lowercase input: ");
    ch = getchar();
    ch2 = toUpper(ch);
    printf("%c ==> %c
", ch, ch2);
    
    return 0;
}

char toUpper(char c)
{
    if(c>='a' && c<='z')
        c = c - 32;
}

在toUpper函数中，返回类型为char ，但toUpper()中没有任何“返回” 。并使用 gcc (GCC) 4.5.1 20100924 (Red Hat 4.5.1-4)， Fedora 14编译源代码。

当然，会发出一个警告：“警告：控制到达非 void 函数的末尾”，但是，运行良好。

使用 gcc 编译时该代码发生了什么？

解决方案 1：

当 C 程序被编译成汇编语言时，你的 toUpper 函数最终可能是这样的：

_toUpper:
LFB4:
        pushq   %rbp
LCFI3:
        movq    %rsp, %rbp
LCFI4:
        movb    %dil, -4(%rbp)
        cmpb    $96, -4(%rbp)
        jle     L8
        cmpb    $122, -4(%rbp)
        jg      L8
        movzbl  -4(%rbp), %eax
        subl    $32, %eax
        movb    %al, -4(%rbp)
L8:
        leave
        ret

32 的减法是在 %eax 寄存器中执行的。在 x86 调用约定中，返回值应该位于该寄存器中！所以……你很幸运。

但请注意警告。它们的存在是有原因的！

解决方案 2：

这取决于应用程序二进制接口以及用于计算的寄存器。

例如在 x86 上，第一个函数参数和返回值存储在中EAX，因此 gcc 很可能也使用它来存储计算结果。

解决方案 3：

您应该记住，此类代码可能会因编译器的不同而崩溃。例如，Clang会在此类函数末尾生成ud2指令，您的应用将在运行时崩溃。

解决方案 4：

需要理解的一件重要的事情是，省略 return 语句很少会造成可诊断的错误。考虑这个函数：

int f(int x)
{
    if (x!=42) return x*x;
}

只要您从未使用 42 作为参数调用它，包含此函数的程序就是完全有效的 C，并且不会调用任何未定义的行为，尽管如果您调用并随后尝试使用返回值，它会调用 UB 。f(42)

因此，虽然编译器可以为缺失的返回语句提供警告启发式方法，但这样做不可能不产生误报或漏报。这是无法解决停机问题的结果。

解决方案 5：

本质上，c被推入稍后应填充返回值的位置；由于它不会被使用所覆盖return，因此它最终成为返回的值。

请注意，依赖这一点（在 C 语言中，或者在任何其他没有明确语言特性的语言中，比如 Perl）是一个糟糕的想法™。在极端情况下。

解决方案 6：

由于我不知道您的平台的具体情况，所以我无法告诉您，但是对于您所看到的行为有一个一般性的答案。

当编译具有返回值的某个函数时，编译器将使用惯例来返回该数据。它可以是机器寄存器，也可以是定义的内存位置，例如通过堆栈或其他方式（尽管通常使用机器寄存器）。编译后的代码在执行函数工作时也可能使用该位置（寄存器或其他位置）。

如果函数不返回任何内容，则编译器不会生成明确用返回值填充该位置的代码。但是，就像我上面所说的那样，它可能会在函数期间使用该位置。当您编写读取返回值的代码时(ch2 = toUpper(ch);)，编译器将编写使用其约定的代码，了解如何从常规位置检索该返回值。就调用者代码而言，它只会从该位置读取该值，即使那里没有明确写入任何内容。因此你得到了一个值。

现在看看Ray 的例子。编译器使用 EAX 寄存器来存储大写操作的结果。碰巧的是，这可能是写入返回值的位置。在调用方，ch2 加载了 EAX 中的值 - 因此是幻影返回。这仅适用于 x86 系列处理器，因为在其他架构上，编译器可能会使用完全不同的方案来决定如何组织约定。

但是，好的编译器会尝试根据一组本地条件、代码知识、规则和启发式方法进行优化。因此，需要注意的一件重要事情是，这仅仅是运气好而已。编译器可以进行优化而不这样做或做其他事情 - 您不应该依赖这种行为。

解决方案 7：

没有局部变量，因此函数结束时堆栈顶部的值将是参数 c。退出时堆栈顶部的值是返回值。因此，c 所含的内容就是返回值。

解决方案 8：

我尝试过一个小程序：

#include <stdio.h>

int f1() {
}

int main() {
    printf("TEST: <%d>
",  f1());
    printf("TEST: <%d>
",  f1());
    printf("TEST: <%d>
",  f1());
    printf("TEST: <%d>
",  f1());
    printf("TEST: <%d>
",  f1());
}

结果：

测试：<1>

测试：<10>

测试：<11>

测试：<11>

测试：<11>

我使用了MinGW -GCC 编译器，所以可能会有差异。

您可以随意尝试，例如，char 函数。只要您不使用结果值，它仍然可以正常工作。

#include <stdio.h>

char f1() {
}

int main() {
    f1();
}

但我仍然建议设置 void 函数或提供一些返回值。

您的函数似乎需要返回：

char toUpper(char c)
{
    if(c>='a'&&c<='z')
        c = c - 32;
    return c;
}