int main() 是不是需要在 C++ 上声明？

Posted 2023-02-18

【中文标题】int main() 是不是需要在 C++ 上声明？

【英文标题】：Does int main() need a declaration on C++?int main() 是否需要在 C++ 上声明？

【发布时间】：2019-08-22 18:31:38

【问题描述】：

我被告知函数需要声明才能被调用。为了说明，下面的例子会给我一个错误，因为没有函数 sum 的声明：

#include <iostream>

int main() 
  std::cout << "The result is " << sum(1, 2);
  return 0;


int sum(int x, int y) 
  return x + y;


// main.cpp:4:36: error: use of undeclared identifier 'sum'
//  std::cout << "The result is " << sum(1, 2);
//                                   ^
// 1 error generated.

为了解决这个问题，我会添加声明：

#include <iostream>

int sum(int x, int y); // declaration

int main() 
  std::cout << "The result is " << sum(1, 2);
  return 0;


int sum(int x, int y) 
  return x + y;

为什么 main 函数不需要声明，而像 sum 这样的其他函数需要声明？

【问题讨论】：

手动调用 main 会调用未定义的行为。

@MichaelStachowsky -- 在 C 语言中，您可以调用 main。在 C++ 中你不是；它不仅仅是“一个功能”——它很特别。从历史上看，原因是编译器在main 中添加了代码来初始化需要动态初始化的全局变量；从程序内部调用main 将重新初始化这些变量，结果将是混乱。

@Michael 你已经尝试了一些东西并发现“它工作得很好”并不能证明某些东西不是未定义的行为。

顺便说一句，如果将 main 上方的定义放在文件中，则不需要声明 sum。出于这个原因，通常将main 视为 C 和 C++ 源代码中的最后一个函数，因此您不需要对该文件中定义的其他函数进行前向声明。不像 C# 和 Java 通常将 main 放在首位，尽管在这些情况下不需要。

从技术上讲，您的示例代码已经声明了main，函数的定义也声明了该函数。这就是为什么您可以将sum 移动到main 之前以避免必须单独声明sum。

【参考方案1】：

函数的定义也是函数的声明。

声明函数的目的是让编译器知道它。声明一个函数而不定义它允许在不方便定义它的地方使用函数。例如：

如果在源文件 (A) 中使用了一个函数，而不是在 (B) 中定义的那个，我们需要在 A 中声明它（通常通过 A 包含的头文件，例如 B.h）。 如果两个或多个函数可以相互调用，那么我们不能在其他函数之前定义所有这些函数——其中一个必须是第一个。因此可以先提供声明，然后再提供定义。 许多人喜欢将“更高级别”的例程放在源文件的较早部分，然后将子例程放在后面。由于这些“更高级别”的例程调用各种子例程，因此必须更早地声明这些子例程。

在 C++ 中，用户程序从不调用main，因此它从不需要在定义之前声明。 （请注意，如果您愿意，可以提供一个。在这方面，main 的声明没有什么特别之处。）在 C 中，程序可以调用 main。在这种情况下，它确实要求在调用之前声明是可见的。

请注意，调用它的代码确实需要知道main。这是通常称为 C++ 运行时启动代码的特殊代码。当您使用适当的链接器选项链接 C++ 程序时，链接器会自动为您包含该代码。无论代码是用什么语言编写的，它都有任何main 的声明，以便正确调用它。

【讨论】：

我认为这是迄今为止最完整和正确的答案。遗憾的是，由于文本丰富，它不会变得更受欢迎。您可以在开头添加一些 tl;dr 吗？另外，我认为，C++ 编译器以这种顺序方式解析代码可能并不明显。其他语言通过先扫描声明然后再扫描定义来克服这个问题。 C++ 仅在类体中克服了它。

【参考方案2】：

我被告知函数需要声明才能被调用。

的确如此。函数必须先声明，然后才能调用。

为什么我们不为main 函数添加声明？

好吧，你没有调用main 函数。事实上，你根本不能调用main¹，所以在任何事情之前都不需要声明main。

但从技术上讲，所有定义也是声明，因此您对 main 的定义也声明了 main。

---

脚注 1：C++ 标准规定从程序内部调用 main 是未定义的行为。

这允许 C++ 实现将特殊的一次性启动代码放在 main 的顶部，如果它们无法从通常调用 main 的启动代码中的挂钩中使其更早运行的话。一些实际的实现实际上会这样做，例如调用一个快速数学函数，该函数设置一些 FPU 标志，例如 denormals-are-zero。

在一个假设的实现中，调用 main 可能会导致一些有趣的事情，例如为所有静态变量重新运行构造函数，重新初始化 new/delete 使用的数据结构以跟踪分配，或其他完全破坏你的程序。或者它可能根本不会引起任何问题。未定义的行为并不意味着它必须在每个实现中都失败。

【参考方案3】：

如果您要调用该函数，则需要原型，但它尚不可用，如您的情况下的sum。

你不能自己打电话给main，所以不需要有原型。编写原型甚至是个坏主意。

【讨论】：

致电main 一点也不“坏主意”。 C允许它； C++ 未定义它的原因与它是一个坏主意无关。

@Kaz 做一些行为未定义的事情是个坏主意。

@eeroika 这是一个循环论证。定义明确的递归main 最先出现。答案说，你不仅不能这样做，而且它甚至是一个坏主意。这意味着它是一个坏主意，除了被禁止之外，还有其他原因，或者可能是因为它是一个坏主意而被禁止，这不是所以。这只是 C++ 方言未能实现的 C 的一个特性。

允许 C++ 编译器发出翻译后的图像 main，就好像它是 extern "C" 链接一样。或者将其名称完全替换为不同的符号，例如__main 或其他。但是，在编译 main 时也可以忽略这些考虑，将其视为另一个函数，以便以普通方式声明 main 符号。对main 的递归调用可能期望调用一个名为main 的具有普通C++ 链接的C++ 函数，该函数支持重载等，但由于特殊处理，翻译中根本不需要这样的符号。

@MatthieuBrucher 啊，好的；我误读了。原型在 C++ 中没有任何用处。

【参考方案4】：

不，编译器不需要main() 的前向声明。

main() 是 C++ 中的一个特殊函数。

关于 main() 需要记住的一些重要事项是：

链接器在创建可执行程序时要求存在一个且只有一个main() 函数。 编译器需要以下两种形式之一的 main() 函数：

int main ()  /* body */  
int main (int argc, char *argv[])  /* body */  

其中body 是零个或多个语句

另一种可接受的形式是特定于实现的，并在调用函数时提供环境变量列表：

int main (int argc, char* argv[], char *envp[])  /* body */ 

编码员必须使用这些可接受的形式之一提供 main 的“定义”，但编码员不需要提供声明。编译器接受编码定义作为 main() 的声明。

如果没有提供 return 语句，编译器将提供 return 0; 作为函数体中的最后一条语句。

顺便说一句，C++ 程序是否可以调用 main() 有时会让人感到困惑。不建议这样做。 C++17 草案声明 main()“不得在程序中使用”。换句话说，不能从程序中调用。参见例如Working Draft Standard for C++ Programming Language, dated "2017-03-21", Paragraph 6.6.1.3, page 66。我意识到一些编译器支持这一点（包括我的），但下一版本的编译器可以修改或删除该行为，因为标准使用术语“不应”。

【讨论】：

另请注意，除了您在此处列出的两个之外，该标准还允许其他实现定义的 main 签名。一个常见的选项是添加包含环境变量的第三个参数（在 argv 之后）（使用与 extern char** environ 相同的方法）

@SJL：当然！我只列出了编译器“必须”实现的那些。 environ 也很有帮助。

"编译器不需要声明main()" 每个定义都是声明，所以我认为措辞需要调整。 “编译器将其声明为以下两个函数之一” 为什么“编译器声明”？我们总是自己为main 提供定义。

@HolyBlackCat：我明白你的意思。措辞很重要。即使我改变它，不引用整个标准，也不会有完整的答案。答案很简单。看看您对此更新的看法。

关于（前向）声明的 main 函数没有什么特别之处。这只是一个红鲱鱼。相反，我们不需要转发声明它，因为我们没有在定义之前引用它。就是这样。

【参考方案5】：

从程序内部调用main 是非法的。这意味着唯一要调用它的是运行时，编译器/链接器可以处理设置。这意味着您不需要main 的原型。

【参考方案6】：

函数的定义也隐含地声明了它。如果你需要在定义之前引用一个函数，你需要在使用它之前声明它。

所以这样写也是有效的：

int sum(int x, int y) 
  return x + y;


int main() 
  std::cout << "The result is " << sum(1, 2);
  return 0;

如果您在一个文件中使用声明来使编译器在定义函数之前知道它，那么它的定义必须在链接时知道：

ma​​in.cpp

int sum(int x, int y);

int main() 
  std::cout << "The result is " << sum(1, 2);
  return 0;

sum.cpp

int sum(int x, int y) 
  return x + y;

或者sum 可能起源于一个库，所以你甚至不需要自己编译它。

main 函数不会在您的代码中的任何地方使用/引用，因此无需在任何地方添加main 的声明。

在您的main 函数之前和之后，c++ 库可能会执行一些初始化和清理步骤，并将调用您的main 函数。如果库的该部分将表示为 c++ 代码，那么它将包含 int main() 的声明，以便可以对其进行编译。该代码可能如下所示：

int main();

int __main() 
  __startup_runtime();

  main();

  __cleanup_runtime();

但是你又遇到了__main 的同样问题，所以在某些时候不再有 c++ 并且某个函数 (main) 只是代表你的代码的入口点。

【讨论】：

C++ 使 UB 可以从程序内部调用 main，因此 C++ 编译器可以将这些启动/清理调用直接放入真正的 main 中（如果他们愿意）。此规则允许 C++ 编译器在 C 环境之上工作，例如，如果编译器无法使用其他机制，则为调用静态构造函数提供位置。 （编译器还必须将 main 识别为一个特殊的函数名称，以便给它一个隐含的 return 0。）

@PeterCordes 从程序员的角度来看，由于标准，调用main 函数是UB。但是编译供应商或操作系统如何处理main 取决于实现。所以理论上main的编译结果可能看起来像一个由运行时调用的常规函数​​，或者它不存在，正如你所说，编译器可以将这些启动/清理调用放在入口点在main 中显示的代码周围的应用程序。

是的，在大多数实现中，它只是一个普通函数（但带有隐式 extern "C" 以不对其进行 C++ 名称修改，因此无论函数签名如何，CRT 启动代码都可以链接到它） ，在 CRT 代码和/或动态链接器挂钩中完成真正的初始化工作。但就像我评论 Joshua 的回答一样，ICC（英特尔的编译器）实际上确实在 main 本身（godbolt.org/z/oWlmlc）中添加了一些启动代码，包括将 DAZ 和 FTZ 设置为禁用其默认值 -ffast-math 的子规范。 gcc/clang 链接不同的 CRT 启动文件以进行快速数学运算。

【参考方案7】：

不。反正你不能叫它。

您只需要对在定义之前调用的函数进行前向声明。对于其他文件中定义的函数，您需要外部声明（看起来与前向声明完全一样）。

但是你不能在 C++ 中调用main，所以你不需要一个。这是因为允许 C++ 编译器修改 main 来进行全局初始化。

[我查看了 crt0.c，它确实有一个 main 声明，但这既不是这里也不是那里]。

【讨论】：

您可以致电main，这通常是不好的做法。

@CruzJean 不只是一种不好的做法，据我所知，它是未定义的行为

@CruzJean 不错的做法。调用它会调用未定义的行为。

@AlgirdasPreidžius 啊，我的立场是正确的。从来不知道。

这是因为C++编译器允许修改main进行全局初始化。是吗？我看不出它是如何工作的，就像你在main 中分配的那样，它可以改变程序的可观察效果。