cxx 强符号弱符号

六月 21, 2022 [c++] #c++

cxx 强符号弱符号

c++强符号与弱符号

编译器默认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，也可以通过GCC "attribute((weak))"来定义任何一个强符号变为弱符号。 GCC 中，我们也可以通过使用"attribute((weakref))"这个扩展关键字来声明一个对外部函数的引用为弱引用。（attribute((weak))）void foo();

链接器链接规则

不允许强符号被多次定义，如果有多个强符号定义，则链接器报符号重定义 如果一个符号在某个目标文件中是强符号，在其他文件中都是弱符号，那么选择强符号 如果一个符号在所有目标都符号，那么选择其中占用空间最大的一个

用途

这种弱符号与弱引用对于库来说十分有用，比如库中定义的弱符号可以被用户定义的强符号所覆盖，从而使得程序可以使用自定义版本的库函数， 或者程序可以对某些扩展功能模块的引用定义为弱引用，当我们将扩展模块与程序链接在一起的时，功能模块就可以正常使用。 如果我们去掉某些模块，那么程序也可以正常链接，只是缺少了相应的功能，这使得程序的功能更加容易裁剪和组合。

example

//main.c
#include <stdio.h>

__attribute__((weak)) void show_msg()
{
	printf("weaksymbol test.\n");
}
int main()
{
	show_msg();
	return 0;
}

//show.c
#include <stdio.h>

void show_msg()
{
	printf("strongsymbol test.\n");
}

gcc main.c ./a.out weaksymbol test.

gcc main.c show.c ./a.out strongsymbol test.

tcmalloc 也是利用强弱符号的规则，可以仅需要链接-ltcmalloc就可以替glibc分配方法

强弱符号总结

针对强弱符号的概念，链接器就会按照如下规则处理与选择被多次定义的全局符号：

不允许强符号被多次定义 (即不同的目标文件中不能有同名的强符号)，如果有多个强符号定义，则链接器报符号重复定义错误。 如果一个符号在某个目标文件中是强符号，在其他文件中都是弱符号，那么选择强符号。 如果一个符号在所有目标文件中都是弱符号，那么选择其中占用空间最大的一个。 对于最后一点，如果两个文件同时定义了 global_var 变量，类型分别为 int 和 double ，也就是分别占用 4 和 8 字节，那么 global_var 符号最终占用的是 8 字节。

注意，尽量不要使用多个不同类型的弱符号，否则容易导致很难发现的程序错误。

强弱引用

一些对外部文件的符号引用，如果在被链接成可执行文件时，没有找到相关的符号，那么链接器就会报符号未定义错误，这种被称为强引用 (Strong Reference)。

与之相对应还有一种弱引用 (Weak Reference)，如果可以找到符号则连接，否则连接器会默认设置为 0 或者一个特殊值。

weakref

在 GCC 中，可以使用 attribute((weakref)) 来声明对一个外部函数的引用为弱引用。

/* main.c */
#include <stdio.h>

static void foo() __attribute__((weakref("bar")));

int main(void)
{
  if (foo) {
    foo();
  }
  return 0;
}

/* other.c */
#include <stdio.h>

void bar()
{
  printf("Hello World!!!\n");
}

注意，在声明弱引用时需要使用 static 关键字。 如果通过 gcc main.c 进行编译则不会打印任何东西，而通过 gcc main.c other.c 编译会看到相关的 Hello World!!! 输出。

weak_alias

在 glibc 代码中，可以看到很多对函数的属性修饰，包括了各种 alias 的定义，这里简单看下 weak_alias 的相关内容。 函数的属性定义在 include/libc-symbols.h 头文件中，其中 weak_alias 的定义如下。

/* Define ALIASNAME as a weak alias for NAME.
   If weak aliases are not available, this defines a strong alias.  */
# define weak_alias(name, aliasname) _weak_alias (name, aliasname)
# define _weak_alias(name, aliasname) \
  extern __typeof (name) aliasname __attribute__ ((weak, alias (#name)));

可以参考 glibc 中的一个实际应用，也就是 gettimeofday() 。

# include <sysdep.h>
# include <errno.h>

int __gettimeofday (struct timeval *tv, struct timezone *tz)
{
	return INLINE_SYSCALL (gettimeofday, 2, tv, tz);
}
libc_hidden_def (__gettimeofday)

weak_alias (__gettimeofday, gettimeofday)
libc_hidden_weak (gettimeofday)

example

// lib.cc
#include <stdio.h>

void foobar() __attribute__ ((weak));
void foobar(void)
{
        printf("libfoobar test\n");
}

// app.cc
#include <stdio.h>

void foobar(void)
{
        printf("app test\n");
}

// main.cc
#include <stdio.h>

void foobar(void);

int main(void)
{
        foobar();
        return 0;
}

// makefile
all:
        gcc -c foobar.c
        ar crv libfoobar.a foobar.o
        #gcc main.c app.c libfoobar.a -o foobar
        gcc main.c libfoobar.a -o foobar

首先生成一个静态库，可以通过 nm libfoobar.a 看到定义了一个 Weak 类型的 foobar() 函数。

----- 直接使用app.c中的代码 $ gcc libfoobar.a main.c app.c -o foobar $ ./foobar app test

----- 如果不使用app.c中的代码 $ gcc libfoobar.a main.c -o foobar $ ./foobar libfoobar test 在使用时需要注意顺序，如果 libfoobar.a 中包含了 weak 函数，那么应该放在最后，否则会报错 undefined reference

总结

这种弱符号和弱引用对于库来说十分有用，比如库中定义的弱符号可以被用户定义的强符号所覆盖，从而使得程序可以使用自定义版本的库函数。

或者程序可以对某些扩展功能模块的引用定义为弱引用，当用户将扩展模块与程序链接在一起时，功能模块就可以正常使用；如果我们去掉了某些功能模块，那么程序也可以正常链接，只是缺少了相应的功能，这使得程序的功能更加容易裁剪和组合。

索引
cxx 强符号弱符号
c++强符号与弱符号
- 链接器链接规则
- 用途
- example
- 强弱符号总结
强弱引用
- weakref
- weak_alias
- example
总结