math.h -lm随记（一）

最近可能随手会记很多C/C++语法相关的东西，都是随手记的，如果后续有空可能会整理成文章。

1.关于gcc的lm编译选项：

观察易知，像stdio.h，stdlib.h或者math.h之类的头文件，包含的都是函数的声明而非定义。（关于声明和定义，详见之前《浅谈指针》的文章系列）而真正的函数定义，都是包含在库中的。在gcc中，C语言的库涉及到的有libc和libm，后缀名是.so。

由于历史原因，早期的浮点数运算开销很大，因此ANSI C中特地将libm.so（m是math的首字母）独立开来，如果要使用libm.so的函数必须显式地指定编译选项-lm。一般而言很多开发环境的默认选项中都有这个-lm。

2.g++是否需要-lm？

答案是否定的。g++所使用的运行库libstdc++在链接时必须包含libm才能正常运行，因此无需显式指定lm，编译时会自动包含。就像stdio.h或者stdlib.h中的库libc会自动包含一样。

3.关于一些编译优化

在此处借助https://godbolt.org/进行反汇编的实验。使用gcc -s的结果亦可，应该不会差异太大。

int main(){
    auto x=pow(2,3);
}

这段代码所反汇编的结果是：

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 8
        mov     eax, 0
        pop     rbp
        ret

可以看到当pow的两个参数都为常数的时候，根本没有产生函数调用。这种情况下也是不用指定-lm就能正常运行的。
而如果是变量的话：

#include<math.h>
int main(){
    auto a=2.5,b=3.125;
    auto x=pow(a,b);
}

main:
        push    rbp
        mov     rbp, rsp
        sub     rsp, 16
        mov     DWORD PTR [rbp-4], 2
        mov     DWORD PTR [rbp-8], 3
        pxor    xmm0, xmm0
        cvtsi2sd        xmm0, DWORD PTR [rbp-8]
        pxor    xmm2, xmm2
        cvtsi2sd        xmm2, DWORD PTR [rbp-4]
        movq    rax, xmm2
        movapd  xmm1, xmm0
        movq    xmm0, rax
        call    pow
        cvttsd2si       eax, xmm0
        mov     DWORD PTR [rbp-12], eax
        mov     eax, 0
        leave
        ret

此时才有pow的调用。（里面还出现了一些浮点数特殊指令，这里我也不详细介绍了，只能说现在汇编语言的各种硬件级优化是越做越高了，感觉甚至有点高级语言的感觉了）

先写这点，后续有空补（二）章