强符号与弱符号

╰半夏微凉° 2022-10-06 11:43 305阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *  强符号不允许多次定义
     *  强弱可以共存
     *  都是弱符号

简而言之，在 C 语言中，函数和初始化的全局变量（包括显示初始化为 0）是强符号，未初始化的全局变量是弱符号。

在链接器进行链接的时候，有下面的规则

1.  强符号不允许多次定义（即不同的目标文件中不能有同名的强符号）
2.  强弱可以共存，共存时，强覆盖弱
3.  都是弱符号时，选择占用空间最大的；

我们举例子说明。

## 强符号不允许多次定义 ##

针对 1，代码片段是：

// a.c 
    int tea = 2; // strong
    
    // b.c
    int tea = 1; // strong
    printf("tea = %d\n",tea);

gcc a.c b.c

会报错：\`tea’被多次定义

## 强弱可以共存 ##

针对 2，代码片段是：

// a.c 
    int tea = 2; // strong
    
    // b.c
    int tea; // weak
    printf("tea = %d\n",tea);

gcc a.c b.c

编译通过，运行结果是：

tea = 2

可见，链接器采用的是 a.c 文件中的强定义。

## 都是弱符号 ##

针对 3，都是弱符号时，选择占用空间最大的（似乎表现出了 union 的行为）。完整代码是：

// a.c
    
    #include <stdio.h>
    
    void foo(void);  // 在 b.c 中定义
    char tea;
    int main(void)
    { 
        foo();  
        printf("tea = %d\n", tea);
        printf("tea address = %p\n",&tea);   
        return 0;
    }

// b.c
    
    #include <stdio.h>
    int tea;
    void foo(void)
    {      
        tea = 0x12ff;   
        printf("tea = %d\n", tea);
        printf("tea address = %p\n",&tea);   
    }

编译通过，运行结果是：

tea = 4863
    tea address = 0x60103c
    tea = -1
    tea address = 0x60103c

可见，变量 tea 的地址都一样，但是因为在不同文件的变量类型不一样，呈现出了 union 的特性。第三行的 tea 只占用一个字节，0xff 就是 -1，第一行的 tea 占用四个字节，4863 就是 0x12ff。

有细心的读者会问，如果都是弱符号，且占用空间一样大，那么链接器如何选择呢？这个我也不知道，尝试做实验，也没有探究出什么结论。

对于函数，如果都是弱符号，采用哪一个符号和链接顺序有关。实验代码如下：

// a.c
    
    __attribute__((weak)) void foo(void)
    { 
        printf("I am in a.c\n");
    }
    int main(int argc, const char *argv[])
    { 
           foo();
           return 0;
    }

// b.c
    
    __attribute__((weak)) void foo(void)
    { 
        printf("I am in b.c\n");
    }

如果是这样编译：

$ gcc a.c b.c

运行结果是：

I am in a.c

如果是这样编译：

$ gcc b.c a.c

运行结果是：

I am in b.c

需要特别说明的是：\*\*链接器允许开发者使用 `__attribute__((weak))` 来将一个强符号转变为弱符号。\*\*在上面的例子里面，代码第 3 行强制函数 foo 为弱符号。

为了加深印象，我们查看一下符号表。

首先去掉 `__attribute__((weak))`

$ gcc -c a.c b.c

$ readelf -s a.o b.o

文件：a.o
    
    Symbol table '.symtab' contains 12 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS a.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
         8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         9: 0000000000000000    17 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 foo
        10: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts
        11: 0000000000000011    27 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
    
    文件：b.o
    
    Symbol table '.symtab' contains 11 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS b.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
         8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         9: 0000000000000000    17 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 foo
        10: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts

可以看到第 14、31 行，Bind 这列是 GLOBAL

我们再加上 `__attribute__((weak))`

$ gcc -c a.c b.c

$ readelf -s a.o b.o

文件：a.o
    
    Symbol table '.symtab' contains 12 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS a.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
         8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         9: 0000000000000000    17 FUNC    WEAK   DEFAULT    1 foo
        10: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts
        11: 0000000000000011    27 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
    
    文件：b.o
    
    Symbol table '.symtab' contains 11 entries:
       Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
         0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
         1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS b.c
         2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
         3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
         4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
         5: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
         6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
         7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
         8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
         9: 0000000000000000    17 FUNC    WEAK   DEFAULT    1 foo
        10: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts

可以看到第 14、31 行，Bind 这列变成了 WEAK

说明：本文的实验环境是 gcc version 5.4.0 20160609 (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12)