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链接器如何解析在多个位置定义的全局符号?

在编译时, 编译器将每个全局符号以强或弱形式导出到汇编器, 并且汇编器在可重定位目标文件的符号表中隐式编码此信息。函数和初始化的全局变量会获得强符号。未初始化的全局变量会得到弱符号。

对于以下示例程序, buf, bufp0, main和swap是强符号; bufp1是一个弱符号。

/* main.c */
  void swap();
  int buf[2] = {1, 2};
  int main()
  {
    swap();
    return 0;
  }
   
  /* swap.c */
  extern int buf[];
   
  int *bufp0 = &buf[0];
  int *bufp1;
   
  void swap()
  {
    int temp;
   
    bufp1 = &buf[1];
    temp = *bufp0;
    *bufp0 = *bufp1;
    *bufp1 = temp;
}

考虑到强符号和弱符号的概念, Unix链接器使用以下规则来处理多个定义的符号:

规则1:

不允许使用多个强符号(具有相同的变量名)。

规则2:

给定一个强符号和多个弱符号, 请选择强符号。

规则三:

给定多个弱符号, 请选择任意弱符号。

例如, 假设我们尝试编译并链接以下两个C模块:

/* foo1.c */       
int main()          
{                   
   return 0;       
}                  
   
/* bar1.c */
int main()
{
   return 0;
}

在这种情况下, 链接器将生成错误消息, 因为强符号main被多次定义(规则1):

$ gcc foo1.c bar1.c
/tmp/cca015022.o: In function ‘main’:
/tmp/cca015022.o(.text+0x0): multiple definition of ‘main’
/tmp/cca015021.o(.text+0x0): first defined here

同样, 链接器将为以下模块生成错误消息, 因为强符号x被定义了两次(规则1):

/* foo2.c */
int x = 15213;
int main()
{
   return 0;
}
   
/* bar2.c */
int x = 15213;
void f()
{
}

但是, 如果x在一个模块中未初始化, 则链接器将安静地选择在另一个模块中定义的强符号(规则2), 如以下程序所示:

/* foo3.c */
#include <stdio.h>
void f( void );
int x = 15213;
int main()
{
   f();
   printf ( "x = %d\n" , x);
   return 0;
}
   
/* bar3.c */
int x;
void f()
{
   x = 15212;
}

在运行时, 函数f()将x的值从15213更改为15212, 这对于函数main的作者可能是不受欢迎的!请注意, 链接器通常不表示已检测到x的多个定义。

$ gcc -o gfg foo3.c bar3.c
$ ./gfg
x = 15212

如果x的两个弱定义(, 规则3):

/*a.c*/
#include <stdio.h>
void b( void );
  
int x;
int main()
{
     x = 2016;
     b();
     printf ( "x = %d " , x);
     return 0;
}
/*b.c*/
#include <stdio.h>
  
int x;
  
void b()
{
     x = 2017;
      
}

规则2和3的适用:可能会引入一些难以理解的程序员难以理解的隐蔽运行时错误, 尤其是在重复的符号定义具有不同类型的情况下。

示例:”x”在一个模块中定义为int, 在另一个模块中定义为double。

/*a.c*/
#include <stdio.h>
void b( void ); 
  
int x = 2016;
int y = 2017;
int main()
{
     b();
     printf ( "x = 0x%x y = 0x%x \n" , x, y);
     return 0;
}
/*b.c*/
double x;
  
void b()
{
     x = -0.0;
}

执行:

$ gcc a.c b.c -o srcmini
$ ./srcmini
x = 0x0 y = 0x80000000

这是一个微妙而令人讨厌的错误, 尤其是因为它是无提示地发生的, 没有来自编译系统的警告, 并且因为它通常在程序执行的更晚时显现出来, 并且远离发生错误的地方。在具有数百个模块的大型系统中, 此类错误极难修复, 尤其是因为许多程序员并不了解链接器的工作方式。如有疑问, 请使用诸如gcc -fno-common标志之类的标志调用链接器, 如果遇到多个已定义的全局符号, 该标志将触发错误。

资料来源:http://csapp.cs.cmu.edu/public/ch7-preview.pdf

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