GCC指定-I/usr/include/linux编译报size_t未定义原因排查

gcc的-I参数指定的头文件搜索路径，优先级高于系统默认的用户态标准头文件搜索路径。手动添加/usr/include/linux到搜索路径后，编译器会优先加载该目录下的内核专用头文件，替换掉glibc提供的符合C标准的用户态头文件，最终触发类型未定义错误。

• gcc默认头文件搜索优先级为：命令行-I指定路径 > 头文件相关环境变量配置的路径 > 系统默认标准头文件目录（如/usr/include、/usr/include/x86_64-linux-gnu等）。开启verbose模式无法排查到该问题的原因是，verbose仅会打印待搜索的目录列表，不会输出每个#include指令实际匹配到的头文件完整路径，因此很难直接观察到头文件被错误替换的情况。
• /usr/include/linux目录下存放的是Linux内核编译专用的头文件，和glibc提供的用户态标准头文件存在大量重名，但内容仅服务于内核态代码逻辑，不满足C标准/POSIX标准对用户态接口的定义要求。
• 本次报错的直接触发点：标准库头文件stdio.h依赖stddef.h中定义的size_t类型，添加-I/usr/include/linux后，编译器优先加载了该目录下的内核版stddef.h，这个头文件没有给用户态程序定义size_t，因此抛出一连串unknown type name 'size_t'错误。

gcc -o check -I/usr/include/linux check.c

In file included from /usr/include/stdio.h:43,
                 from check.c:1: 
/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/struct_FILE.h:95:3: error: unknown type name 'size_t'
   95 |   size_t __pad5;
      |   ^~~~~~ 
/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/struct_FILE.h:98:67: error: 'size_t' undeclared here (not in a function)
   98 |   char _unused2[15 * sizeof (int) - 4 * sizeof (void *) - sizeof (size_t)];
      |                                                                   ^~~~~~ 
/usr/include/x86_64-linux-gnu/bits/types/struct_FILE.h:1:1: note: 'size_t' is defined in header '<stddef.h>'; did you forget to '#include <stddef.h>'?
  +++ |+#include <stddef.h>
    1 | /* Copyright (C) 1991-2020 Free Software Foundation, Inc. 
/usr/include/stdio.h:292:35: error: expected declaration specifiers or '...' before 'size_t'
  292 | extern FILE *fmemopen (void *__s, size_t __len, const char *__modes)
      |                                   ^~~~~~ 
/usr/include/stdio.h:298:47: error: expected declaration specifiers or '...' before 'size_t'
  298 | extern FILE *open_memstream (char **__bufloc, size_t *__sizeloc) __THROW __wur;
      |                                               ^~~~~~ 
/usr/include/stdio.h:309:34: error: expected declaration specifiers or '...' before 'size_t'
  309 |                     int __modes, size_t __n) __THROW;
      |                                  ^~~~~~ 
/usr/include/stdio.h:315:24: error: expected declaration specifiers or '...' before 'size_t'
  315 |                        size_t __size) __THROW;
      |                        ^~~~~~ 
/usr/include/stdio.h:354:44: error: expected declaration specifiers or '...' before 'size_t'
  354 | extern int snprintf (char *__restrict __s, size_t __maxlen,

• 编译普通用户态C程序时，不要手动将/usr/include/linux加入-I参数，编译器会在需要依赖内核相关头文件时自动按正确顺序搜索该路径，不需要手动指定。
• 如果确实需要引用该路径下的特定头文件，不要全局添加该搜索路径，可在代码中写全路径包含对应头文件，避免污染全局头文件搜索顺序，导致标准头文件被错误替换。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Chitrak Gupta