Bài 20.226 phút đọc

Khai báo và định nghĩa

Sau bài này bạn sẽ làm được

Phân biệt khai báo với định nghĩa cho biến, hàm và kiểu
Phát biểu quy tắc một định nghĩa và hậu quả khi vi phạm
Dùng khai báo trước để chỉ cần biết kiểu tồn tại
Đọc và hiểu lỗi multiple definition của trình liên kết

Hai từ này nghe như đồng nghĩa trong tiếng Việt lẫn tiếng Anh, và trong C chúng là hai chuyện hoàn toàn khác nhau. Không phân biệt được chúng thì mọi lỗi của trình liên kết đều là bí ẩn.

#Hai khái niệm, một cú pháp

Khai báo

Nói với trình biên dịch rằng một cái tên tồn tại và nó có kiểu gì. Không cấp phát gì, không sinh mã gì. Lặp lại bao nhiêu lần cũng được.

Định nghĩa

Tạo ra thứ đó thật sự: cấp chỗ trong bộ nhớ cho biến, sinh mã máy cho hàm, quy định bố cục cho kiểu. Chỉ được đúng một lần trong cả chương trình.

Dòng mã	Là gì	Ghi chú
extern int g_dem;	Khai báo	Có extern, không có giá trị đầu
int g_dem;	Định nghĩa tạm thời	Trường hợp đặc biệt, xem Bài 20.3
int g_dem = 0;	Định nghĩa	Có giá trị đầu
int cong(int, int);	Khai báo	Chỉ có nguyên mẫu
int cong(int a, int b) { return a + b; }	Định nghĩa	Có thân hàm
struct S;	Khai báo	Khai báo trước, chưa biết bên trong
struct S { int x; };	Định nghĩa	Đã biết bố cục
typedef struct S S;	Khai báo tên kiểu	Không định nghĩa struct S

/* Khai bao: lap lai duoc bao nhieu lan cung khong sao */
extern int g_dem;
extern int g_dem;
extern int g_dem;

int cong(int, int);
int cong(int, int);

/* Dinh nghia: chi mot lan */
int g_dem = 0;
int cong(int a, int b) { return a + b; }

terminal

gcc -std=c11 -Wall -Wextra -fsyntax-only lap-lai.c

(khong co dong nao)

Cùng một tên, hai khai báo khác kiểu là lỗi

/* a.h */
int cong(int, int);

/* b.h */
double cong(double, double);      /* CUNG TEN, khac kieu */

/* main.c */
#include "a.h"
#include "b.h"

/* error: conflicting types for 'cong'
   C khong co nap chong ham. Mot ten, mot kieu, het. */

#Quy tắc một định nghĩa

Quy tắc một định nghĩa

Mỗi hàm và mỗi biến có liên kết ngoài chỉ được định nghĩa đúng một lần trong toàn bộ chương trình, kể cả mọi thư viện được liên kết vào.

Ví dụ vi phạm

/* cau-hinh.h */
#ifndef CAU_HINH_H
#define CAU_HINH_H

int g_muc_log = 1;        /* DINH NGHIA trong header: SAI */

#endif

/* x1.c */
#include "cau-hinh.h"
int f1(void) { return g_muc_log; }

/* x2.c */
#include "cau-hinh.h"
int main(void) { return f1() + g_muc_log; }

terminal

gcc -std=c11 -o xa x1.c x2.c

x2.o:x2.c:(.data+0x0): multiple definition of `g_muc_log'
x1.o:x1.c:(.data+0x0): first defined here
collect2: error: ld returned 1 exit status

Đọc kỹ thông báo trên

x2.o:x2.c:(.data+0x0): multiple definition of 'g_muc_log'
^^^^ ^^^^  ^^^^^      ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
 |    |      |         ky hieu bi trung
 |    |      +-------- no nam trong phan doan .data, tuc la
 |    |                mot bien co gia tri dau
 |    +--------------- tep nguon
 +-------------------- tep doi tuong

x1.o:x1.c:(.data+0x0): first defined here
 -> lan dinh nghia dau tien la o day

/* Thong bao nay den tu TRINH LIEN KET, khong phai trinh bien dich.
   Bang chung: no nhac toi tep .o chu khong nhac so dong. */

Định nghĩa trong header

/* cau-hinh.h */
int g_muc_log = 1;

Khai báo trong .h, định nghĩa trong .c

/* cau-hinh.h */
extern int g_muc_log;         /* KHAI BAO, lap lai duoc */

/* cau-hinh.c */
#include "cau-hinh.h"
int g_muc_log = 1;            /* DINH NGHIA, dung mot lan */

terminal

gcc -std=c11 -fno-common -o yc y1.c y2.c && ./yc; echo "exit=$?"

exit=0

Ba thứ được phép lặp lại trong nhiều tệp .c

Thứ	Vì sao được lặp
Định nghĩa kiểu: struct, enum, typedef	Kiểu không chiếm bộ nhớ, mỗi tệp chỉ cần biết bố cục
Hàm static	Mỗi tệp có bản riêng, không xuất ra ngoài, xem Bài 20.3
Hàm static inline	Cùng lý do, và đây là cách đặt hàm nhỏ trong header
Macro	Preprocessor xử lý xong trước khi trình biên dịch thấy

Đó chính là lý do bạn được phép đặt struct, enum, typedef và static inline trong header, nhưng không được phép đặt biến hay hàm thường.

Vi phạm quy tắc mà trình liên kết không bắt được

/* a.c */
struct S { int x; int y; };
int lay_y(struct S *s) { return s->y; }

/* b.c */
struct S { int x; };          /* CUNG TEN, KHAC BO CUC */
struct S s = { 5 };

/* main.c goi lay_y(&s):
   a.c nghi struct S co 8 byte, doc y o do lech 4
   b.c cap phat 4 byte

   Doc ngoai vung, khong ai bao gi ca.
   Trinh lien ket khong kiem tra bo cuc kieu. */

Đây là lý do định nghĩa kiểu phải nằm trong một header duy nhất mà mọi tệp cùng include, chứ không phải chép tay vào từng tệp. Chép tay thì hai bản sẽ lệch nhau, và không công cụ nào báo cho bạn.

#Khai báo trước

struct SinhVien;                       /* khai bao truoc */

int  db_luu(const struct SinhVien *sv);   /* dung duoc: chi can con tro */
void db_in(struct SinhVien sv);           /* LOI: can biet kich thuoc */

struct SinhVien sv;                       /* LOI, gcc bao:
                                             error: storage size of 'sv'
                                                    isn't known */

Khai báo trước

Nói rằng một kiểu tồn tại mà không nói bên trong nó có gì. Đủ để khai báo con trỏ tới nó, không đủ để tạo biến hay truy cập trường.

Việc muốn làm	Chỉ khai báo trước có đủ không	Vì sao
Khai báo con trỏ: struct S *p;	Đủ	Con trỏ luôn cùng kích thước
Tham số hàm là con trỏ	Đủ	Như trên
Giá trị trả về là con trỏ	Đủ	Như trên
Tạo biến: struct S s;	Không đủ	Cần biết cấp bao nhiêu byte
Truy cập trường: p->x	Không đủ	Cần biết x ở độ lệch nào
Dùng sizeof(struct S)	Không đủ	Cần biết kích thước
Truyền theo giá trị	Không đủ	Cần biết kích thước để sao chép

Ứng dụng: bớt include trong header

/* Cach 1: include */
/* luutru.h */
#include "sinhvien.h"                       /* keo theo ca sinhvien.h */

MaLoi lt_ghi(const char *ten, const SinhVien *ds, size_t n);

/* Cach 2: khai bao truoc */
/* luutru.h */
typedef struct SinhVien SinhVien;           /* khong keo theo gi */

MaLoi lt_ghi(const char *ten, const SinhVien *ds, size_t n);

/* luutru.c thi VAN phai include sinhvien.h, vi cai dat
   can truy cap truong. Nhung moi tep .c khac chi include
   luutru.h thi khong phai phan tich sinhvien.h nua. */

Muốn khai báo trước được thì struct phải có TÊN

struct vô danh

/* sinhvien.h */
typedef struct { char mssv[16]; } SinhVien;    /* struct VO DANH */

/* luutru.h */
typedef struct SinhVien SinhVien;              /* khai bao mot struct KHAC
                                                  ten SinhVien, khong lien quan */

/* Trieu chung: error: conflicting types, hoac te hon la
   hai kieu khac nhau cung ten trong hai don vi dich. */

struct có tên trùng với typedef

/* sinhvien.h */
typedef struct SinhVien {          /* CO TEN */
    char mssv[16];
} SinhVien;

/* luutru.h */
typedef struct SinhVien SinhVien;  /* dung cai o tren */

/* Tu C11, lap lai typedef giong het la hop le: */
typedef struct SinhVien SinhVien;    /* trong luutru.h */
typedef struct SinhVien SinhVien;    /* trong quanly.h  */
/* -> khong sao neu ca hai duoc include vao cung mot .c */

/* Truoc C11 thi day la loi, va cach lam quen thuoc la: */
#ifndef SINHVIEN_DA_KHAI_BAO
#define SINHVIEN_DA_KHAI_BAO
typedef struct SinhVien SinhVien;
#endif

Khai báo trước không phá được vòng phụ thuộc của struct

/* Hai struct tro toi nhau bang CON TRO: duoc */
struct B;

struct A { struct B *b; };
struct B { struct A *a; };

/* Hai struct chua nhau bang GIA TRI: khong the */
struct A { struct B b; };
struct B { struct A a; };

/* error: field 'b' has incomplete type

   Va no vo nghia ve mat logic: A chua B, B chua A,
   thi sizeof(A) phai lon hon chinh no. */

#Đọc lỗi của trình liên kết

Thông báo	Nghĩa là	Cách sửa
undefined reference to `f'	Có khai báo nhưng không tìm thấy định nghĩa ở đâu	Thêm tệp .c chứa f vào lệnh liên kết, hoặc viết thân hàm
multiple definition of `g'	Tìm thấy hơn một định nghĩa	Chuyển định nghĩa ra khỏi header, hoặc thêm static
conflicting types for `f'	Hai khai báo cùng tên khác kiểu	Đây là lỗi biên dịch, không phải liên kết. Sửa nguyên mẫu
undefined reference to `main'	Không có hàm main trong số các tệp liên kết	Quên thêm main.c vào lệnh

terminal

# Quên thêm sinhvien.c vào lệnh liên kết

gcc -Iinclude src/main.c src/quanly.c -o app

/usr/bin/ld: quanly.o: in function `ql_them':
quanly.c:(.text+0x2a): undefined reference to `sv_kiem_tat_ca'
collect2: error: ld returned 1 exit status

# Thêm vào là hết

gcc -Iinclude src/main.c src/quanly.c src/sinhvien.c -o app

(khong co dong nao)

Thứ tự tệp trong lệnh liên kết có ý nghĩa với thư viện

gcc -lm tinh.c -o tinh        /* co the KHONG chay */
gcc tinh.c -lm -o tinh        /* dung */

/* Trinh lien ket doc tu trai sang phai. Khi no gap -lm,
   no chi lay tu thu vien do nhung ky hieu ma no DANG THIEU
   tai thoi diem ay.

   Neu -lm dung TRUOC tinh.c thi luc do chua ai can sqrt,
   nen no khong lay gi ca. Roi tinh.o can sqrt, va khong con
   thu vien nao de tim.

   Quy tac: TEP NGUON TRUOC, THU VIEN SAU. */

Bảng phân biệt lỗi biên dịch với lỗi liên kết

Dấu hiệu	Giai đoạn	Nhìn vào đâu
Thông báo có tên tệp và số dòng	Biên dịch	Đúng dòng đó trong mã nguồn
Thông báo nhắc tới tệp .o	Liên kết	Danh sách tệp trong lệnh gcc
Thông báo bắt đầu bằng ld hoặc collect2	Liên kết	Như trên
Có chữ error: kèm mã nguồn được trích ra	Biên dịch	Cú pháp và kiểu
undefined reference, multiple definition	Liên kết	Ký hiệu, xem Bài 20.3

Tự làm thử

Viết một tệp có ba dòng extern int g; giống hệt nhau và xác nhận nó biên dịch sạch.
Đặt int g = 1; trong header, include từ hai tệp .c, rồi đọc thông báo lỗi và chỉ ra nó tới từ giai đoạn nào.
Sửa lại bằng extern và xác nhận chương trình chạy.
Viết struct S; rồi thử khai báo struct S s; và struct S *p;, xem cái nào lỗi.
Cố ý quên một tệp .c trong lệnh liên kết và tập đọc thông báo undefined reference.
Viết chương trình dùng sqrt rồi thử cả gcc -lm a.c và gcc a.c -lm.

Trình chấm điểm tự động sẽ được bổ sung ở giai đoạn sau. Hiện tại bạn tự chạy thử trên máy.

Tóm tắt

Khai báo nói một cái tên tồn tại và lặp lại được. Định nghĩa tạo ra nó thật sự và chỉ được một lần.
Chính vì khai báo lặp lại được mà một header include được từ hai mươi tệp .c.
Định nghĩa kiểu, hàm static và macro là ba thứ được phép lặp lại, nên chúng đặt được trong header.
Khai báo trước đủ cho con trỏ, không đủ cho biến, cho truy cập trường, hay cho sizeof.
Thông báo nhắc tệp .o là lỗi liên kết, nên hãy nhìn vào lệnh build chứ không phải mã nguồn.