C语言：未包含头文件引起的奇怪错误

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历时半年，厚厚的CSAPP终于快要啃完了。但是就在这时，敲书上一个示例代码时却出现一个令人困惑的问题。
出现问题的代码是code/netp/hostinfo.c，代码如下：

#include "csapp.h"

int main(int argc, char **argv) 
{
    char **pp;
    struct in_addr addr;
    struct hostent *hostp;

    if (argc != 2) {
        fprintf(stderr, "usage: %s \n", argv[0]);
        exit(0);
    }

    if (inet_aton(argv[1], &addr) != 0) 
        hostp = Gethostbyaddr((const char *)&addr, sizeof(addr), AF_INET); 
    else                                
        hostp = Gethostbyname(argv[1]);

    printf("official hostname: %s\n", hostp->h_name);

    for (pp = hostp->h_aliases; *pp != NULL; pp++)
        printf("alias: %s\n", *pp);

    for (pp = hostp->h_addr_list; *pp != NULL; pp++) {
        addr.s_addr = ((struct in_addr *)*pp)->s_addr;
        printf("address: %s\n", inet_ntoa(addr));
    }
    exit(0);
}

因为当时手上没有csapp.h，所以所有的头文件名都是我手敲进去的，编译时一切正常，0 error，0 warning。
但是运行时出故障了：

[admin@localhost gethost]$ ./hostinfo www.hust.edu.cn
official hostname: www.hust.edu.cn
Segmentation fault (core dumped)

经过跟踪，发现程序是在最后一个for循环语句的printf语句core掉的，调试时出现了很奇怪的事情。在出现问题的哪一行我设置了断点，运行到哪一行以后，我先检查了inet_ntoa(addr)的返回值，没有任何异常，然后运行下一条语句，结果又core掉了：

(gdb) print inet_ntoa(addr)
$1 = 0x7ffff7fe2718 "202.114.0.245"
(gdb) n

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00007ffff7a62a94 in _IO_vfprintf_internal (s=, format=, ap=ap@entry=0x7fffffffe3f8) at vfprintf.c:1635

是在进入printf函数后出现了问题，但是明明inet_ntoa(addr)的返回值没有任何问题啊。
我又给程序加了一个中间变量char *temp，inet_ntoa(addr)的返回值先传给temp，然后再传给printf，这次编译时给出了以下警告：

hostinfo_bug.c: In function ‘main’:
hostinfo_bug.c:38:8: warning: assignment makes pointer from integer without a cast [enabled by default]
   temp = inet_ntoa(addr);
        ^

把整型变量传给指针？经过检查，inet_ntoa()返回值是char *没错啊，那么这个warning是怎么出现的呢？当时先没有理会，再跟踪一次试试。结果出现了以下的状况：

(gdb) print inet_ntoa(addr)
$1 = 0x7ffff7fe2718 "202.114.0.245"
(gdb) print temp
$2 = 0xfffffffff7fe2718 
0xfffffffff7fe2718 out of bounds>

上面的print是在给temp赋值后输入的，当时确实有点懵了，毕竟这样的事情从来没有遇到过，只是一个简单的赋值语句而已，为什么值会变了。
想了一会儿没明白怎么回事，然后就去吃饭了。吃完饭回来才发现竟然忘了包含arpa/inet.h头文件了。改完代码赶快又跟踪了一次：

(gdb) print inet_ntoa(addr)
$1 = 0x7ffff7fe2718 "202.114.0.245"
(gdb) print temp
$2 = 0x7ffff7fe2718 "202.114.0.245"

问题就这样解决了。
但是为什么呢，只是多包含了一个头文件就让程序正常运行了。我就比较了一下修改前后程序汇编成的汇编代码：

[admin@localhost gethost]$ diff hostinfo.s hostinfo_bug.s
1c1
<       .file   "hostinfo.c"
---
>       .file   "hostinfo_bug.c"
43a44
>       movl    $0, %eax
95a97
>       movl    $0, %eax
96a99
>       cltq

有问题的代码多了3条指令，我又在gdb中把有问题的程序反汇编了一下，多出来的cltq语句出现在了这里：

   0x00000000004007f5 <+261>:   mov    $0x0,%eax
   0x00000000004007fa <+266>:   callq  0x400580 <inet_ntoa@plt>
   0x00000000004007ff <+271>:   cltq
   0x0000000000400801 <+273>:   mov    %rax,-0x18(%rbp)

然后就百度了一下cltq，发现原来许多前辈都遇到过同样的问题。比如这篇“一条cltq指令引发的血案”（http://blog.csdn.net/runboying/article/details/7211741）。
我来还原一下血案现场：由于没有arpa/inet.h这个头文件，所以编译器没得到inet_ntoa函数的声明，因此假设该函数返回4字节的int，由于这个返回值存在eax中，因此在把它赋给一个8字节的寄存器之前要先进行符号扩展，也就是使用cltq指令。但是实际上函数的返回值是一个8字节的指针，因此rax高4字节也是有用信息。这样一来，rax高4字节的有用信息就被0或者1覆盖了，地址被改写，也就引发了segmentation fault血案。
由此得到的教训是头文件不能少，函数声明不能少。
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