Fw: [問卦] 為甚麼C語言自訂函式一定要在主程式上面?

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※ [本文轉錄自 Gossiping 看板 #1SzydGFl ]

作者: jserv (松鼠) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 為甚麼C語言自訂函式一定要在主程式上面?
時間: Wed Jun  5 21:55:19 2019

※ 引述《fragmentwing (片翼碎夢)》之銘言：
: 如題
: 最近終於開始自學C語言
: 為甚麼C語言一定至少要放個原型在主程式上方才行?
: 或者說，明明都是一行一行讀取，其他語言是怎麼做到可以把函式到處亂擺的

這問題非常好，我不知為何會引來負面聲音，可能是原發問人沒有把「其他語言」清楚
標示出來吧？抑或是問題太簡短呢？有趣的問題如果被忽略，那真是太可惜。

其實由 Dennis M. Ritchie (以下簡稱 dmr) 開發的早期 C 語言編譯器 [1] 沒有明確
要求 function prototype 的順序。dmr 在 1972 年發展的早期 C 編譯器，原始程式碼
後來被整理在名為 "last1120c" 磁帶中 [2]，我們如果仔細看 c00.c 這檔案，可發現
位於第 269 行的 mapch(c) 函式定義，在沒有 forward declaration [3] 的狀況下，
就分別於第 246 行和第 261 行呼叫，奇怪吧？

而且只要再瀏覽 last1120c 裡頭其他 C 語言程式後，就會發現根本沒有 #include 或
#define 這一類 C preprocessor [4] 所支援的語法，那到底怎麼編譯呢？在回答這問題
前，摘錄 Wikipedia 頁面的訊息:
> As the C preprocessor can be invoked separately from the compiler with
> which it is supplied, it can be used separately, on different languages.
> Notable examples include its use in the now-deprecated imake system and for
> preprocessing Fortran.

原來 C preprocessor 以獨立程式的形式存在，所以當我們用 gcc 或 cl (Microsoft
開發工具裡頭的 C 編譯器) 編譯給定的 C 程式時，會呼叫 cpp (伴隨在 gcc 專案的
C preprocessor) 一類的程式，先行展開巨集 (macro) 或施加條件編譯等操作，再來
才會出動真正的 C 語言編譯器 (在 gcc 中叫做 cc1)。值得注意的是，1972-1973 年
間被稱為 "Very early C compilers" 的實作中，不存在 C preprocessor (!)，當時
dmr 等人簡稱 C compiler 為 "cc"，此慣例被沿用至今，而無論原始程式碼有幾個檔
案，在編譯前，先用 cat [5] 一類的工具，將檔案串接為單一檔案，再來執行 "cc"
以便輸出對應的組合語言，之後就可透過 assembler (組譯器，在 UNIX 稱為 "as")
轉換為目標碼，搭配 linker (在 UNIX 稱為 "ld") 則輸出執行擋。

所以說，在早期的 C 語言編譯器，強制規範 function prototype 及函式宣告的順序
是完全沒有必要的，要到 1974 年 C preprocessor 才正式出現在世人面前，儘管當時
的實作仍相當陽春，可參見 dmr 撰寫的 "The Development of the C Language" [6]
C 語言的標準化是另一段漫長的旅程，來自 Bell Labs 的火種，透過 UNIX 來到研究
機構和公司行號，持續影響著你我所處的資訊社會。

你或許會好奇，function prototype 的規範有什麼好處呢？這就要從 "Rationale for
International Standard -- Programming Languages -- C" [7] 閱讀起，依據 C9X
RATIONALE 的第 70 頁 (PDF 檔案對應於第 78 頁)，提到以下的解說範例:

    extern int compare(const char *string1, const char *string2);

    void func2(int x) {
        char *str1, *str2;
        // ...
        x = compare(str1, str2);
        // ...
    }

編譯器裡頭的最佳化階段 (optimizer) 可從 function prototype 得知，傳遞給函式
compare 的兩個指標型態參數，由於明確標注了 "const" 修飾子，所以僅有記憶體地
址的使用並讀取相對應的內容，但不會因為修改指標所指向的記憶體內容，從而沒有產生
副作用 (side effect)。這樣編譯器可有更大的最佳化空間，可對照「你所不知道的 C
語言：編譯器和最佳化原理篇」，得知相關最佳化手法。

一如 C9X RATIONALE 提到，C 語言和其他受 Algol 影響的程式語言，都具備 function
prototype 機制，這使得編譯時期，就能進行有效的錯誤分析和偵測。無論是 C 語言、
B 語言，還是 Pascal 語言，都可追溯到 ALGOL 60 [9]。

ALGOL 是Algorithmic Language (演算法使用的語言) 的縮寫，提出巢狀 (nested) 結構
和一系列程式流程控制，今日我們熟知的 if-else 語法，就在 ALGOL 60 出現。
ALGOL 60 和 COBOL 程式語言並列史上最早工業標準化的程式語言。
可參見本看板 #1SdKXN4t

程式語言的演化，深受底層工具和硬體限制的影響，這次探討的 function  prototype
及函式宣告的順序，其實就反映出編譯器演化的歷程。人類史上第一個編譯器，A-0
System 開發於 1951-52 年間，注意到當時的用語是 "System"，而且名稱 A-0 代表
Arithmetic Language version 0，與其說是今天我們提及的高階語言編譯器，不如說是
程式的載入器 (loader) 或連結器 (linker)。
相關訊息可參見本看板 #1RhWSNPG

黑格爾在其 1820 年的著作「法哲學原理」提到: (德語原文)
> Was vernuftig ist, das ist wirklich;
> und was wirklich ist, das ist vernuftig.

英語可解讀為 "What is rational is actual and what is actual is rational."，
像是 C 語言這樣的工業標準，至今仍活躍地演化，當我們回顧發展軌跡時，凡是合乎
理性 (vernuftig)，也就必然會出現、或成為現實 (wirklich)，反過來說也成立。

甚至我們可推敲 C9X RATIONALE 字裡行間，每個看似死板規則的背後，其實都可追溯出
像是上方的討論。

歡迎關注「你所不知道的 C 語言」系列講座:
    https://hackmd.io/@sysprog/HJpiYaZfl

千萬別忘了 C 語言的發展就是為了開發 UNIX 作業系統和相關系統程式，而 Linux 核心
自然就是將 UNIX 精神發揚光大的智慧結晶，歡迎關注「Linux 核心設計」課程，附有
線上教材:
    http://wiki.csie.ncku.edu.tw/linux/schedule

[1] Very early C compilers and language,
    https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/primevalC.html
[2] 位於 GitHub 的副本,
    https://github.com/mortdeus/legacy-cc/
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Forward_declaration
[4] https://en.wikipedia.org/wiki/C_preprocessor
[5] cat 工具程式的作用是 "concatenate and print file",
    https://www.unix.com/man-page/posix/1posix/cat/
[6] The Development of the C Language,
    https://www.bell-labs.com/usr/dmr/www/chist.html
[7] Rationale for International Standard -- Programming Languages -- C
    http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/C99RationaleV5.10.pdf
[8] 你所不知道的 C 語言：編譯器和最佳化原理篇,
    https://hackmd.io/@sysprog/Hy72937Me
[9] Algol 60,
    https://en.wikipedia.org/wiki/ALGOL_60

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推 XXXXHAY: 頭
→ Costco5566: hello world
推 sujianwei20: 前十
→ moswu: 我也這麼覺得
推 jiajia1: 快來推ㄍ不然被當文組
推 Ericz7000: 前十
推 he00504616: 先推
推 angerD: 先推
推 siamese: 這不是基本的嗎
推 a22918097: 推
推 VXcc: 嗯嗯嗯 就是這樣
推 ggBird: 神
推 fox875566: 看不懂
推 Cybershit: 大大安安推一個
推 Friend5566: 推一下 免得被說看不懂
推 redDest: 推
推 landysh: 推
推 lturtsamuel: 看到這篇好像我不是CS的一樣QQ
推 rewrite404: 朝聖
推 g5637128: 跪著推
推 pzyc79: 這就是為什麼我恨C
推 gungunme5566: 專業
推 brian1015: 推
推 Mesa5566: 116一定是廢文 幫補血
→ obdv: 淦 這樣摸不到C罩拉
推 barry910543: 大神又出來普渡眾生了
推 HowieH: 看不懂還是要推
推 NTULioner: 嗯嗯 我也是這樣想的
推 Turas: CCC
推 OGCOGCOGCOGC: 看不懂
推 TrevorStory: 推
推 salesperson: 恩恩跟我想的一樣 只是我懶的打
推 cjamhe01385: 每次線上講座必看，可惜在新竹上班，不然就去旁聽了
→ ymx3xc: 我也是這麼想的
推 compuworld: 朝聖推
推 hizuki: 講古
推 WYchuang: 老闆問我為什麼跪著上班
推 jackyT: 這個釣到jserv太扯
→ FlynnZhang: 卡
推 jimmy1999: 錢錢
推 allomifo: 推
推 tongzhou: 朝聖
推 eric21489: 太神啦 釣到ㄌ
推 tcfsh510: 推 朝聖
推 Ericz7000: 之前老師有去交大上物聯網什麼的課啊
推 faker007: 看無
推 choco7: 恩恩 跟我想得差不多
推 nqj: 嗯嗯對丫
推 jackwula9211: 不過C++某些時候還是很好用啊
推 u04rmp: 快推
推 terryshu: 推
推 andy188: 前百
推 max8568: 有神快拜
→ ZhouGongJin: 只能給個讚
推 q13461346: 跪了
推 rong1994: 嗯嗯 我也是這麼認為的
推 nicklyyyy: 嗯，跟我想說的差不多
推 mmonkeyboyy: 推一下 認真 還用RANDY的書 XD
推 ajason0753: 先跪再說
推 Hacker8246: 沒錯 就是這樣
推 jahfone: 那為什麼有些程式語言不這樣用呢？
推 devilkool: 神
推 Fice: 推
→ chaige: 跟我想得差不多 中間有地方小錯但無傷大雅 可以接受
推 DanielHAO: 恩恩跟我想的一樣
→ a0652qj: 完全看不懂，剛好也箭頭XD
推 ploveh: jserv下凡
推 hardway: 太會了吧
推 hohamita: 推
推 s0805744: 看完覺得大學對不起我教授
→ jserv: @jahfone, 最初C語言不用理會函式定義的順序，最終能夠處理
→ jserv: 符號(symbol)之間的相依狀況即可。是後來C語言才變嚴格的
推 kipi91718: 推! 好詳細長知識了 寫了這麼久的C都不知道標準來由
推 cattgirl: 你在寫期刊
→ jserv: @Ericz7000, 之前我在交大資工系還開了「自由開源軟體與
推 CityRanger: 廢物cs生看不懂 QQQQQ
→ jserv: 專案協作」: https://sites.google.com/site/fossapc/
→ jserv: @kipi91718, 沒事，我只是練習打字，下次請鼓勵發問的人
推 donkilu: 推
推 mmonkeyboyy: 這本書台灣不是很多人用的  根本是OS基石
→ jserv: @jackwula9211, 針對 C++ 可講古的題材更多啊...嘶
推 iamnotme: 有神快拜
推 Gold740716: 但既然身為編譯式語言，完全可以分析完整份檔案再開始
推 smonke: 好～! 完全不懂...還是給推
推 justatree: 推
推 iverlung: 有神快拜
推 palapalanhu: 神
→ Gold740716: 最佳化吧？哪個在先哪個在後其實可以忽略。
→ jserv: @Gold740716, 涉及到 side effect
→ Gold740716: cs 這篇看不懂可以自盡了
推 kyrie77: 嗯嗯嗯 跟我想的差不多
推 amethystboy: 一定要先推
推 cattgirl: 你是不是成大教授
推 aa55667878: 推
→ lusifa2007: 快推一個不然人家以為我們不懂Xd
推 nonopig: 推 跟我想的是一樣
→ cattgirl: 我朋友交大教授 與你決一死戰
推 fjyang: 神
→ jserv: @cattgirl, 可以請你朋友等我大學畢業，再來決鬥嗎？
推 ry3298: 推
推 DarkerDuck: 推推
推 kis28519: 有神快拜
→ ccucwc: 認真推
推 roro0: 好強 XD
推 kingofage111: 推
推 ERT312: 學程式語言還要讀歷史
推 yuxds: 推
推 justastupid: 嗯嗯 你說的沒錯
推 wju1230: 有貓給推
推 ShittyFace: 先推再看
推 bmks: 推個
推 vita88: 好啦，我看不懂
推 Wand: 推
推 skhten: 怕
推 arsonlolita: 嗯嗯
推 ab37695543xs: 所以簡單的來說就是為了更容易在編譯時期找到錯誤與
→ ab37695543xs: 最佳化囉？
推 atpx: 算是有表達到我的想法, 給你75分
推 knme: 推
推 ljsnonocat2: 有神快拜
推 sismiku: 恩 跟我想的差不多
推 KNVSEOC: 就算一知半解也要推
→ minicoke: 德文你也懂？
推 pazoo: 推
推 derekjj: 有神快拜
推 kiuan: 推
推 gakaza: 跪推 +1
推 fallen01: 推
推 FJHS: 朝聖
推 scoutpioneer: 嗚嗚身為理組還是看不懂
→ jserv: @ab37695543xs, 回顧程式語言的發展，人類的想像力很豐富，
推 asiamistborn: 7777777777777
→ jserv: 像是LISP這類對應到數學抽象思考的語言，很早就提出了。但C
→ jserv: 卻走了實務導向的路途，也就是一方面讓語言本身定義嚴謹，
→ jserv: 另一方面確保編譯器和連結器得以有效實作出來
推 derson: 只能跪著推了
推 silentduke: 朝聖推
推 yoshihuang8: 推
推 pandatom: 朝聖jserv
推 voyhanxu: 快推！免得被別人發現我文組的！
推 frk2z125: 推 以前計算機很弱，對於記憶體與size更是斤斤計較, 所
→ frk2z125: 以能從人這邊規範就規範
推 qwer338859: 神
推 Missnanako: 嗯嗯
推 Misoshiru: 嗯嗯我也是這麼想的 只是懶得打
推 ericleft: 原來如此
推 lainhoter: 初音只是個軟體
推 vasia: 全台文組同學深表贊同
推 danny30715: 朝聖
推 blackman5566: 寫了大半輩子程式也看不懂這篇在說什麼 只能推了
推 probity: 我早告訴過你了
推 schumi7401: 正如我想
推 lolitass: 趕快推 以免被發現完全看不懂
推 youngglasses: 簡單說就是為了最佳化啦.... 越早將宣告的部分寫出
→ youngglasses: 在轉換的初期處理的時候就可以更好的安排資源
推 mike40709: 沒錯跟我想的一樣
推 xu3ru0454: 你及格了！
推 blackbottle: 對對對沒錯沒錯 就是這樣 我也是這麼覺得 只是還沒來
→ blackbottle: 得及寫文章
推 Everyeeeee: 我知道啊
推 isisss: 嗯嗯 我也這樣覺得
推 gabriel: 八卦好文必須推
推 amALu: .........
推 eric112: 原來大家都這樣想
推 fg008kimo: 好聞必推
推 SamuelLuo: 推，沒想到還能看到德文
推 liaon98: 跪著讀
推 erre: 這其實真的很基本……
推 Account4PTT: 推
推 bbo6uis122: 推
推 RoaringWolf: 恩恩，對，就這樣嘛，恩
推 Bright: 嗯嗯 對
推 zs84: 推
推 loet: 推
推 omegajoker: 推
推 coolda: 先推再看
→ notneme159: 推個
推 tommy6300167: 跟我想的差不多  打到一半被你先回答了
→ ck030561: 唉 本來想開示的 你都講完了
推 MagicSword: 嗯嗯，我也這樣覺得。
推 randy061: 雖推，但太硬了… 無法看完
推 shishe: 推推 學了C語言 但看到你的之後感覺什麼都沒學過
推 imaxpayne: 跟我想的一樣
推 Matz: 推推
推 platinum5566: 長知識了
推 a5245242003: 推
推 panda04056: 推推
推 tweence:
推 tom83615: 嗚嗚嗚我廢物  只看得懂3成
推 qscez: 推
推 jai166: 竟然釣到大神
推 rex662624: 推個
推 rog43: 感謝老師賜教
推 rfireptt: 原來是大神，真的寫的很好，淺顯易懂
推 jeromeshih: 推
推 ffffffffff: 大神
推 jim0611tw: 真的太強 受小弟一拜
推 Kent1313: 有神，快推
推 milker: 我忙到現在就被你先回文了  可惜
推 UROLOGY: 跟我想的差不多
推 fragmentwing: 原來一開始也沒被規範啊 淚推大神教授
推 charlie0112: 跟我想的一樣
推 hakosaki: 不愧是jserv大大
→ jkreg: 果然是我大116
推 stw0975: 推
推 abc53: 這感覺好無趣
推 billccchang: j神快推！
推 fragmentwing: 再推
推 matt4424: 太神啦
推 nullife: 太神啦
推 erwinia: 推
推 patrickwu2: 太神啦
推 gyman7788: 對啊，跟我國小學的差不多正確
推 blackbottle: 對對 再推一次
推 balcony5566: 還在記事本打文章草稿就被你搶先了 可惜
推 fragmentwing: 再三推
推 fragmentwing: 推
推 chingyi071: 只能推了
推 milkteafood: 沒錯唷
推 a2470abc: 我一定是念了假的cs
推 Pictor: 推
推 den95279889: .....蒜泥屌
推 soto2080: 推
推 SMMIT: 強者 推
推 Hoshiwa: jserv大神出現啦
推 v9290026: 先跪
推 oblrtippo: 懶得看了 直接推XD
推 motheregg: 777777
推 newest: 朝聖
推 samonline: 朝聖jserv大大 上次研討會有看到您
推 willion003: 有神快拜
推 Sacral: 推
推 willie6501: 釣到教授啦~
推 wirecut: 先推
推 OlogN: 神人推個
推 htl: 朝聖推
推 dreamdds: 這麼巧跟我想的一樣
推 snowball: 推
推 romber: Oh God….! 感謝大神宅色夫，學到很多！
推 rex44391: 推
推 lemonwater: 我高中時也有想過
推 ttff: 為什麼我跪著推文
推 eternal5566: 嗯嗯
推 superex: 推
推 CleanThunder: 我資料結構學期成績0分
推 NeoLife: 我...我看不懂
推 sexyboy5566: 跟我想的一樣
→ OGC218: 文組路過
推 yuiweq1999: 有神快推
→ s37166117: 資工人表示：
→ s37166117: 看不懂
推 abb123456: 推
推 ZC: 理科推
→ GakkiMyWife: 我國小電腦課就想到了
推 czberlin: 拜請拜請
推 freeflying: 好強，但看得懂的沒幾個
推 alans: 教書系的？！
推 kersihi: 有神快拜
推 xhung: 推 這文章太棒 值得收藏~~~
推 jikker: 有神快拜
推 jamz: 我不想摸c了，我要g
推 kokunmai:
推 user1120: 推
推 Lydia66: 老師好
→ cloudin: 雖然學過 但都忘光了QQ
推 atk30257: 長知識了
推 ntuee1803: 太神
推 vul3kuo: 看不懂的上Complier都在睡覺
推 usoko: 只有寫過C-- 嗚嗚嗚嗚嗚
推 ms0007912: 不知到但感覺很屌
推 ohlong: 你資工系？
推 EthereumPTT: 有神快拜
推 HowLeeHi: 推,Linker取名ld,所以Linker和Loader是有淵源的吧?
→ HowLeeHi: 譬如說在link及load階段，都會做linking和relocation
→ jserv: @HowLeeHi, 不僅有淵源，早期根本就是一體的 :-)
→ jserv: 可參照「你所不知道的 C 語言」系列講座，有兩項linker相關
→ jserv: @balcony5566, 一定是你的記事本軟體不好用，在此誠心建議
→ jserv: 改用有媽祖加持的編輯器: Mazu Editor!
→ jserv: => https://github.com/jserv/mazu-editor
推 gipo776: 先跪
推 ikenaka: 老師我愛你
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
※ 轉錄者: okcool (125.230.18.220 臺灣), 06/08/2019 23:34:45