淺談C語(yǔ)言中的強(qiáng)符號(hào)、弱符號(hào)、強(qiáng)引用和弱引用

2020-01-26 15:11:45

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供稿：網(wǎng)友

首先我表示很悲劇，在看《程序員的自我修養(yǎng)--鏈接、裝載與庫(kù)》之前我竟不知道C有強(qiáng)符號(hào)、弱符號(hào)、強(qiáng)引用和弱引用。在看到3.5.5節(jié)弱符號(hào)和強(qiáng)符號(hào)時(shí)，我感覺有些困惑，所以寫下此篇，希望能和同樣感覺的朋友交流也希望高人指點(diǎn)。

　　首先我們看一下書中關(guān)于它們的定義。

　　引入場(chǎng)景：（1）文件A中定義并初始化變量i（int i = 1), 文件B中定義并初始化變量i（int i = 2)。編譯鏈接A、B時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)b.o:(.data+0x0): multiple definition of `i'；a.o:(.data+0x0): multiple definition of `i'。（2）在文件C中定義并初始化兩個(gè)變量i(int i = 1; int i = 2), 編譯鏈接時(shí)會(huì)報(bào)錯(cuò)c.c:2:5: error: redefinition of ‘i'; c.c:1:5: note: previous definition of ‘i' was here。

　　強(qiáng)符號(hào)：像場(chǎng)景中這樣的符號(hào)定義被稱為強(qiáng)符號(hào)，對(duì)于C/C++來(lái)說(shuō)，編譯器默認(rèn)函數(shù)和初始化的全局變量為強(qiáng)符號(hào)。
　　弱符號(hào)：接上文，為初始化的全局變量為弱符號(hào)。
　　編譯器關(guān)于強(qiáng)弱符號(hào)的規(guī)則有：（1）強(qiáng)符號(hào)不允許多次定義，但強(qiáng)弱可以共存；（2）強(qiáng)弱共存時(shí)，強(qiáng)覆蓋弱；（3）都是弱符號(hào)時(shí)，選擇占用空間最大的，如選擇　　double類型的而不選擇int類型的。

　　由以上定義所以有我之前沒有想到的場(chǎng)景：
　　代碼a.c：

1 int i = 2;
　　代碼b.c：

復(fù)制代碼代碼如下:

#include<stdio.h>

int i;
int main(int argc, char** argv)
{
printf("i = %d/n", i);
return 0;
}

　　編譯文件a和b并鏈接，結(jié)果輸出i為2而不是0。
　　并且在同一個(gè)文件中定義但未初始化兩個(gè)相同的變量不會(huì)報(bào)錯(cuò)，只有在使用變量時(shí)才會(huì)報(bào)錯(cuò)。
　　對(duì)于GCC編譯器來(lái)說(shuō)，還允許使用__attribute__((weak))來(lái)將強(qiáng)符號(hào)定義為弱符號(hào)，所已有
　　代碼c.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
  
  __attribute__((weak)) int i = 1;
  
  int main(int argc, char** argv)
  {
       printf("i = %d/n", i);
       return 0;   
  }

　　結(jié)果i的輸出仍未2而不是1。

　　那么對(duì)于函數(shù)而言是不是也這樣呢？先不看函數(shù)，而是先看由強(qiáng)弱符號(hào)而進(jìn)一步引入的強(qiáng)弱引用。書中關(guān)于強(qiáng)弱引用的概述是對(duì)于強(qiáng)引用若未定義則鏈接時(shí)肯定會(huì)報(bào)錯(cuò)，而對(duì)于弱引用則不會(huì)報(bào)錯(cuò)，鏈接器默認(rèn)其為0（這一點(diǎn)對(duì)于函數(shù)好理解，即函數(shù)符號(hào)所代表入口地址為0；對(duì)于變量就要注意了，既然是引用那自然就是地址了，所以同函數(shù)一樣變量的地址為0而不是變量的值為0）。此時(shí)對(duì)于強(qiáng)弱引用是不是還沒有什么明確的概念呢？到底什么是引用？引用和符號(hào)又是什么關(guān)系？這里我說(shuō)一下我的理解（歡迎指正），在定義和聲明處指定的函數(shù)名、變量名即為對(duì)應(yīng)的符號(hào)，而在代碼其他處調(diào)用函數(shù)或使用變量時(shí)，則把函說(shuō)明和變量名看作引用，這樣一來(lái)符號(hào)和引用在代碼層面上其實(shí)就是一個(gè)東西，只是根據(jù)環(huán)境而叫法不同而已。那么強(qiáng)符號(hào)對(duì)應(yīng)強(qiáng)引用，弱符號(hào)對(duì)應(yīng)弱引用。

　　有上面的強(qiáng)弱引用的特點(diǎn)可看出，當(dāng)一個(gè)函數(shù)為弱引用時(shí)，不管這個(gè)函數(shù)有沒有定義，鏈接時(shí)都不會(huì)報(bào)錯(cuò)，而且我們可以根據(jù)判斷函數(shù)名是否為0來(lái)決定是否執(zhí)行這個(gè)函數(shù)。這樣一來(lái)，包含這些函數(shù)的庫(kù)就可以以模塊、插件的形式和我們的引用組合一起，方便使用和卸載，并且由于強(qiáng)符號(hào)可以覆蓋弱符號(hào)和強(qiáng)弱符號(hào)與強(qiáng)弱引用的關(guān)系可知，我們自己定義函數(shù)可以覆蓋庫(kù)中的函數(shù)，多么美妙。

　　先看根據(jù)條件判斷是否執(zhí)行函數(shù)：
　　代碼d.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
 
void func()
{
     printf("func()#1/n");
}

　　代碼e.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
  
 __attribute__((weak)) void func();
 
 int main(int argc, char** argv)
 {
      if (func)
          func();
      return 0;
 }

　　編譯d.c，cc -c d.c 輸出d.o；編譯e.c并鏈接d.o，cc d.o e.c -o e輸出可執(zhí)行文件e，運(yùn)行e正常執(zhí)行函數(shù)func。編譯e.c但不鏈接d.o，此時(shí)并不會(huì)報(bào)錯(cuò)，只不過(guò)func不會(huì)執(zhí)行，因?yàn)闆]有它的定義所以if(func)為假。
　　再看函數(shù)覆蓋：
　　代碼f.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
 
 __attribute__((weak)) void func()
 {
      printf("func()#1/n");
 }

　　代碼g.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
  
 void func()
 {
      printf("func()#2/n");
  }
  
 int main(int argc, char** argv)
 {
      func();
      return 0;
 }
 ~       

　　編譯鏈接，結(jié)構(gòu)輸出"func()#2"。

　　以上可以說(shuō)明函數(shù)和變量是保持一致的，其實(shí)對(duì)應(yīng)變量也可以像使用函數(shù)那樣先判斷再使用，只不過(guò)不是判斷變量的值而是變量的地址，如
　　代碼v1.c

復(fù)制代碼代碼如下:

int i = 2;

　　代碼v2.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
  
 __attribute__((weak)) extern int i;
 
 int main(int argc, char** argv)
 {
      if (&i)
          printf("i = %d/n", i);
     return 0;
 }
 ~       

　　編譯并鏈接v1時(shí)，輸出2；編譯但不鏈接v1時(shí)無(wú)輸出。這樣做時(shí)要分清定義和聲明的區(qū)別，__attribute__((weak)) int i 是定義變量并轉(zhuǎn)換為弱符號(hào)，這樣i是分配了空間的，而__attribute__((weak)) extern int i 則將原來(lái)定義的變量i由強(qiáng)符號(hào)轉(zhuǎn)換為弱符號(hào)，導(dǎo)致使用i時(shí)不是強(qiáng)引用而是弱引用。不過(guò)雖然變量可以這么做但沒有函數(shù)那樣有意義。

　　上面關(guān)于強(qiáng)弱引用仍舊使用的是GCC提供的__attribute__((weak))，而書中還提到了__attribute__((weakref))，后者貌似更能體現(xiàn)“引用”這一關(guān)鍵詞。而我之所以使用前者來(lái)介紹強(qiáng)弱引用，是因?yàn)槲覍?duì)關(guān)于強(qiáng)弱符號(hào)與強(qiáng)弱引用對(duì)應(yīng)關(guān)系的理解。關(guān)于__attribute__((weakref))的使用方法，這里介紹一種（兩者都有不同的使用方法）。
　　代碼a.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
 
 void bar()
 {
      printf("foo()/n");
 }

　　代碼b.c

復(fù)制代碼代碼如下:

 #include<stdio.h>
 
 static void foo() __attribute__((weakref("bar")));
 
  int main(int argc, char** argv)
 {
      if (foo)
         foo();
 
      return 0;
 }

　　注意函數(shù)foo的static修飾符，沒有的話會(huì)報(bào)錯(cuò)，這樣將函數(shù)foo限制在只有本文件內(nèi)可使用。

　　好了，夜已深，寫的有點(diǎn)凌亂，我也凌亂了。

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