为什么数学库只需要在 main 之外使用时链接？

Question

使用 gcc test.c，第一个代码示例可以编译，而第二个则不能。为什么？

它们都使用数学库的显式链接（即 gcc test.c -lm。

第一个样本：

#include <stdio.h>
#include <math.h>

int main () {
   printf("%lf\n", sqrt(4.0) );
   return 0;
}

第二个样本：

#include <math.h>
#include <stdio.h>

double sqrt2(double a) { return sqrt(a); }

int main() {
  printf("%lf\n", sqrt(4.0));
  printf("%lf\n", sqrt2(4.0));
  return 0;
}

第二个样本的链接器错误：

/tmp/ccuYdso7.o: In function `sqrt2':
test.c:(.text+0x13): undefined reference to `sqrt'
collect2: error: ld returned 1 exit status

gcc -v:

Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/8.1.0/lto-wrapper
Target: x86_64-pc-linux-gnu
Configured with: /build/gcc/src/gcc/configure --prefix=/usr --libdir=/usr/lib --libexecdir=/usr/lib --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=https://bugs.archlinux.org/ --enable-languages=c,c++,ada,fortran,go,lto,objc,obj-c++ --enable-shared --enable-threads=posix --enable-libmpx --with-system-zlib --with-isl --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-clocale=gnu --disable-libstdcxx-pch --disable-libssp --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --enable-lto --enable-plugin --enable-install-libiberty --with-linker-hash-style=gnu --enable-gnu-indirect-function --enable-mul
Thread model: posix
gcc version 8.1.0 (GCC)

在主函数中使用 sqrt 没有链接器错误。有什么特别的原因吗？

我也用 clang 检查过，但没有编译（链接器错误）没有 -lm。

Answer 1

gcc 是一个特别聪明的编译器。

它将优化掉 sqrt(4.0) 作为编译时可评估的常量表达式。它可以做到这一点，因为 sqrt 的定义是由标准定义的，它的 return 值完全是其输入的函数。（进一步注意，在IEEE754下，sqrt必须return最接近最终结果double。这进一步支持了优化假设。）

在第二种情况下，函数（可以被其他翻译单元使用）的存在破坏了这个优化。

Answer 2

由于 sqrt 的参数在编译时已知，并且其行为是标准化的，因此 sqrt(4.0) 可以在编译时计算。

为什么数学库只需要在 main 之外使用时链接？

Why does the math library only need to be linked when used outside of main?

c

gcc

ld