C语言中的强符号和弱符号介绍

之前在extern “C” 用法详解中已经提到过符号的概念，它是编译器对变量和函数的一种标记，编译器对C和C++代码在生产符号时规则也是不一样的，符号除了本身名字的区别外，还有强符号和弱符号之分

我们先看一段简单的代码

代码如下:

/* test.c */ 
void hello(); 
int main() 
{ 
    hello(); 
    return 0; 
}

很显然，这段代码是没法链接通过的，它会报错undefined reference to hello，说的是hello未定义，因为这里我们只声明了函数hello，而没有定义它。但是我们把代码稍作修改如下

代码如下:

__attribute__((weak)) void hello(); 
int main() 
{ 
    hello(); 
    return 0; 
}

这时你会发现，编译链接都可通过，但是运行会报错，因为这时我们将hello声明为了弱符号，在链接时弱符号会被链接器当做0，执行一个地址为0的函数当然会报错，改为如下代码就不会报错了，只是它没有任何输出

代码如下:

__attribute__((weak)) void hello(); 
int main() 
{ 
    if(hello) 
        hello(); 
    return 0; 
}

编译器认为，函数和初始化了的全局变量为强符号，未初始化的全局变量为弱符号，链接器在处理强符号和弱符号时有如下规则

1.不同目标文件中，不允许有同名的强符号
2.如果一个符号在某个目标文件中是强符号，在其它目标文件中为弱符号，选择强符号
3.如果一个符号在所有目标文件中都是弱符号，选择占用空间最大的，比如目标文件A中有double global_var，文件B中有int global_var，double占用8字节，大于int的4字节，A和B链接后，符号global占8字节

对此我们可以简单的验证一下，有如下两个文件

代码如下:

/* 1.c */ 
char global_var; 
int main() 
{ 
    return 0; 
} 
 
/* 2.c */ 
int global_var;

全局变量global_var在两个文件中都没有初始化，因此都是弱符号，执行编译命令gcc 1.c 2.c，用readelf查看符号表readelf -s a.out，为了查看方便我们只输出最后几行

代码如下:

Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name 
62: 0000000000600818     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 global_var 
63: 0000000000400474    11 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 main 
64: 0000000000400358     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 _init

这里符号global_var占用的size是4，说明链接器选择的是占用空间更大的int global_var，我们再稍作修改，将1.c中的全局变量初始化，如下

代码如下:

/* 1.c */ 
char global_var = 1; 
int main() 
{ 
    return 0; 
} 
 
/* 2.c */ 
int global_var;

这时1.c中的global_var为强符号，2.c中的global_var为弱符号，同样编译之后用readelf查看符号表readelf -s a.out如下

代码如下:

Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name 
62: 0000000000600818     1 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   25 global_var 
63: 0000000000400474    11 FUNC    GLOBAL DEFAULT   13 main 
64: 0000000000400358     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT   11 _init

此时符号global_var占用的size是1，说明链接器选择的是强符号

在写代码时应该尽量避免有不同类型的符号，否则会引发非常诡异且不易察觉的错误，为了避免可以采取如下措施：

1.上策：消除所有的全局变量
2.中策：将全局变量声明为static类型，并提供接口供访问
3.下策：全局变量一定要初始化，哪怕初始化为0
4.必备：打开gcc的-fno-common选项，它会禁止有不同类型的符号

说了这么多，好像在说应该尽量用强符号，那弱符号有什么用呢，所谓存在即合理，有时候我们甚至需要显示定义弱符号，这对库函数会非常有用，比如库中的弱符号可以被用户自定义的强符号覆盖，从而实现自定义的库版本，或者在使用某些扩展功能时，用户可以定义一个弱符号，当链接了该功能时，功能模块可以正常使用，如果去掉功能模块，程序也可正常链接，只是缺少某些功能而已，比如我们可以通过下面的代码判断程序是否链接了pthread库，从而决定执行什么样的操作

代码如下:

/* test.c */ 
#include <stdio.h> 
#include <pthread.h> 
 
__attribute__((weak)) int pthread_create(  
    pthread_t*,  
    const pthread_attr_t*,  
    void*(*)(void*),  
    void*); 
 
int main() 
{ 
    if (pthread_create) 
    { 
        printf("This is multi-thread version!\n"); 
    } 
    else 
    { 
        printf("This is single-thread version!\n"); 
    } 
    return 0; 
}

编译运行结果如下

代码如下:

$ gcc test.c 
$ ./a.out 
This is single-thread version! 
$ gcc test.c -lpthread 
$ a.out 
This is multi-thread version!