Зачем определению(definition) объявлять(to declares), если есть определение(definition), которое определяет(to defines)?

Question

[Qubc]

Lines int integer1; are definitions.

The following statement declares local variable count to be static and initializes it to 1. static int count = 1;

The definition declares aCard to be a variable of type struct card...

Answer 1

[res2001]

int val;
Является одновременно и определением и объявлением.
В данном случае происходит реальное выделение памяти под переменную.

Объявление это
extern int val;
Оно говорит компилятору, что где-то есть переменная val типа int. В этом случае компилятор уже знает какие операции допустимо использовать с этой переменной, но память под переменную не выделяет. Реальный адрес переменной подставит линковщик, когда будет собирать исполняемый файл из нескольких единиц трансляции.
Если в одной единице трансляции вы используете объявление переменной, то где-то (в другой единице трансляции или в этой же) вы должны обязательно сделать определение. Иначе линковщик не найдя определения выдаст undefined reference.
Если же определять переменную в каждой единице трансляции, то линковщик выругается на redefinition symbol, т.е. несколько символов с одним именем (переопределение существующего символа).
Если вам все таки нужны символы с одним именем в разных единицах трансляции, то вы должны объявлять их static. В этом случае будет использоваться локальная для данной единицы трансляции переменная с данным именем.

С функциями все аналогично.

Comments

[Qubc]

То есть ответ на вопрос требует хорошего понимания линковки, хорошо, что спросил, спасибо вам.

[res2001]

Qubc, Линковка она же компоновка процесс достаточно простой (на словах) - сбор всех единиц трансляции в кучу и определение всех неопределенных символов для всех единиц трансляции.
На этапе компиляции компилятор имеет дело только с одним компилируемым файлом и ничего не знает про другие. Даже если вы в опциях компилятору указываете несколько файлов исходного кода, он все равно каждый файл компилирует отдельно от других. Отсюда и появляется необходимость разделять объявление и определение.
И только линкер работает сразу со всеми необходимыми объектными файлами и знает про все, что есть в программе.

[jcmvbkbc]

Это хорошее объяснение для C++, но не для С, в котором есть tentative definition, int val; не всегда является определением, а одинаковые символы определённые в рязных единицах трансляции могут объединяться в один на этапе линковки.

[res2001]

jcmvbkbc, Не знал про tentative definition. Спасибо.
Впрочем это не сильно меняет дело.
Tentative definition всего лишь откладывает принятие решения об определении переменной до конца единицы трансляции. Если дальше по коду встретиться extern int val; - то переменная станет с внешней линковкой (т.е. предыдущее объявление int val; так и останется объявлением).
Если же extern int val; не встретится, то объявление будет рассматриваться и как определение. Т.е. в этом случае поведение такое как я описал в ответе. Этот вариант является вариантом по умолчанию.

Не встречал еще кода, где бы применялся этот механизм. Правда не скажу, что я изучил много чужих исходников. Было бы интересно посмотреть для каких целей люди применяют этот механизм.

[jcmvbkbc]

Если же определять переменную в каждой единице трансляции, то линковщик выругается на redefinition symbol,

в этом случае поведение такое как я описал в ответе

res2001, так нет же.

$ cat a.c
#include <stdio.h>

void f(void);
int i;

int main()
{
        printf("i = %d\n", i);
        f();
        printf("i = %d\n", i);
}

$ cat b.c
int i;

void f(void)
{
        i = 42;
}

$ gcc -W -Wall a.c b.c -o td
$ ./td
i = 0
i = 42

[jcmvbkbc]

Не встречал еще кода, где бы применялся этот механизм.

Всё что было написано до ANSI C/C89, просто потому что не было другого механизма.

[res2001]

jcmvbkbc, Разрыв шаблона :-)
Но мне кажется это противоречит: https://en.cppreference.com/w/c/language/extern

If there are no definitions in the same translation unit, then the tentative definition acts as an actual definition with the initializer = 0 (or, for array, structure, and union types, = {0}).

И то же самое в стандарте п.6.9.2.2:

A declaration of an identifier for an object that has file scope without an initializer, and without a storage-class specifier or with the storage-class specifier static, constitutes a tentative definition. If a translation unit contains one or more tentative definitions for an identifier, and the translation unit contains no external definition for that identifier, then the behavior is exactly as if the translation unit contains a file scope declaration of that identifier, with the composite type as of the end of the translation unit, with an initializer equal to 0.

Противоречие я вижу в том, что по тексту обе переменные в a.c и b.c не должны были объединятся - везде по тексту сказано про одну единицу трансляции.
Хотя пример работает :-) собрал на gcc и cl. Даже микрософтовский компилятор не выругался :-)

Вот тут в ответе подтверждают мои подозрения. Т.е. это некое расширение стандарта. Но похоже это расширение поддерживают многие компиляторы.

[res2001]

Нашел ответ на свои сомнения. Стандарт С11 Annex J.5.11

J.5.11 Multiple external definitions
There may be more than one external definition for the identifier of an object, with or without the explicit use of the keyword extern; if the definitions disagree, or more than one is initialized, the behavior is undefined (6.9.2).

Значит, если внешние определения совпадают, то они объединяются. Т.е. это поведение не расширение компилятора, а описано в стандарте.
Очень познавательно провел утро :-)

[res2001]

Блин. Все еще более интересно.
Вот что пишут в заголовке Annex J:

J.5 Common extensions
The following extensions are widely used in many systems, but are not portable to all implementations. The inclusion of any extension that may cause a strictly conforming program to become invalid renders an implementation nonconforming. Examples of such extensions are new keywords, extra library functions declared in standard headers, or predefined macros with names that do not begin with an underscore.

Т.е. перечисленные в этом приложении возможности являются расширениями стандарта и могут быть не переносимыми. В т.ч. и объединение внешних определений является расширением.

[jcmvbkbc]

В c99 rationale есть обзор на эту тему в разделе 6.2.2

[Qubc]

C The Complete Reference 4th Ed Herbert Schildt proglib

extern
Before examining extern, a brief description of C linkage is in order. C defines three categories of
linkage: external, internal, and none. In general, functions and global variables have external
linkage. This means they are available to all files that constitute a program. File scope objects
declared as static (described in the next section) have internal linkage. These are known only within
the file in which they are declared. Local variables have no linkage and are therefore known only
within their own block.
The principal use of extern is to specify that an object is declared with external linkage elsewhere in
the program. To understand why this is important, it is necessary to understand the difference
between a declaration and a definition. A declaration declares the name and type of an object. A
definition causes storage to be allocated for the object. The same object may have many
declarations, but there can be only one definition.
In most cases, variable declarations are also definitions. However, by preceding a variable name
with the extern specifier, you can declare a variable without defining it. Thus, when you need to
refer to a variable that is defined in another part of your program, you can declare that variable using
extern.

Но я все равно пока что не понимаю) Вернусь позже.
Хотя и понимаю, что ассемблер внутри функции должен заменять всякие метки func: и вызовы call funс с кодов абсолютной адресации на коды относительной адресации. Например, в виде "текущеее значениe PC + смещение", чтобы в стек заносилось правильный адрес переходов внутри функции. И все это для того, чтобы сделать функцию, которую нужно один раз скомпилировать, которую будут использовать другие программы, которую можно вставлять куда угодно.