嵌入式C语言自我修养 09：链接过程中的强符号和弱符号

9.4 弱符号的用途

在一个源文件中引用一个变量或函数，当我们只声明，而没有定义时，一般编译是可以通过的。这是因为编译是以文件为单位的，编译器会将一个个源文件首先编译为 .o 目标文件。编译器只要能看到函数或变量的声明，会认为这个变量或函数的定义可能会在其它的文件中，所以不会报错。甚至如果你没有包含头文件，连个声明也没有，编译器也不会报错，顶多就是给你一个警告信息。但链接阶段是要报错的，链接器在各个目标文件、库中都找不到这个变量或函数的定义，一般就会报未定义错误。

当函数被声明为一个弱符号时，会有一个奇特的地方：当链接器找不到这个函数的定义时，也不会报错。编译器会将这个函数名，即弱符号，设置为0或一个特殊的值。只有当程序运行时，调用到这个函数，跳转到0地址或一个特殊的地址才会报错。

1. / / func . c
2. int a __attribute__ ( ( weak ) ) = 1 ;
4. / / main . c
5. int a = 4 ;
6. void __attribute__ ( ( weak ) ) func ( void ) ;
7. int main ( void )
8. {
9.     printf ( "main：a = %d\n" , a ) ;
10.     func ( ) ;
11.     return 0 ;
12. }
14. 编译程序，可以看到程序运行结果。
16. $ gcc - o a . out main . c func . c
17. main : a = 4
18. Segmentation fault ( core dumped )

在这个示例程序中，我们没有定义 func() 函数，仅仅是在 main.c 里作了一个声明，并将其声明为一个弱符号。编译这个工程，你会发现是可以编译通过的，只是到了程序运行时才会出错。

为了防止函数运行出错，我们可以在运行这个函数之前，先做一个判断，即看这个函数名的地址是不是0，然后再决定是否调用、运行。这样就可以避免段错误了，示例代码如下。

1. / / func . c
2. int a __attribute__ ( ( weak ) ) = 1 ;
4. / / main . c
5. int a = 4 ;
6. void __attribute__ ( ( weak ) ) func ( void ) ;
7. int main ( void )
8. {
9.     printf ( "main：a = %d\n" , a ) ;
10.      if ( func )
11.         func ( ) ;
12.     return 0 ;
13. }
14. 编译程序，可以看到程序运行结果。
16. $ gcc - o a . out main . c func . c
17. main : a = 4

函数名的本质就是一个地址，在调用 func 之前，我们先判断其是否为0，为0的话就不调用了，直接跳过。你会发现，通过这样的设计，即使这个 func() 函数没有定义，我们整个工程也能正常的编译、链接和运行！

弱符号的这个特性，在库函数中应用很广泛。比如你在开发一个库，基础的功能已经实现，有些高级的功能还没实现，那你可以将这些函数通过 weak 属性声明，转换为一个弱符号。通过这样设置，即使函数还没有定义，我们在应用程序中只要做一个非0的判断就可以了，并不影响我们程序的运行。等以后你发布新的库版本，实现了这些高级功能，应用程序也不需要任何修改，直接运行就可以调用这些高级功能。

弱符号还有一个好处，如果我们对库函数的实现不满意，我们可以自定义与库函数同名的函数，实现更好的功能。比如我们 C 标准库中定义的 gets() 函数，就存在漏洞，常常成为黑客堆栈溢出攻击的靶子。

1. int main ( void )
2. {
3.     char a [ 10 ] ;
4.     gets ( a ) ;
5.     puts ( a ) ;
6.     return 0 ;
7. }

C 标准定义的库函数 gets() 主要用于输入字符串，它的一个 Bug 就是使用回车符来判断用户输入结束标志。这样的设计很容易造成堆栈溢出。比如上面的程序，我们定义一个长度为10的字符数组用来存储用户输入的字符串，当我们输入一个长度大于10的字符串时，就会发生内存错误。

接着我们定义一个跟 gets() 相同类型的同名函数，并在 main 函数中直接调用，代码如下。

1. #include < stdio . h >
3.  char * gets ( char * str )
4.   {
5.      printf ( "hello world!\n" ) ;
6.      return ( char * ) 0 ;
7.   }
9. int main ( void )
10. {
11.     char a [ 10 ] ;
12.     gets ( a ) ;
13.     return 0 ;
14. }
16. 程序运行结果如下。
18. hello

通过运行结果，我们可以看到，虽然我们定义了跟 C 标准库函数同名的 gets() 函数，但编译是可以通过的。程序运行时调用 gets() 函数时，就会跳转到我们自定义的 gets() 函数中运行。

9.5 属性声明：alias

GNU C 扩展了一个 alias 属性，这个属性很简单，主要用来给函数定义一个别名。

通过 alias 属性声明，我们就可以给 f() 函数定义一个别名 f()，以后我们想调用  f() 函数，可以直接通过 f() 调用即可。

在 Linux 内核中，你会发现 alias 有时会和 weak 属性一起使用。比如有些函数随着内核版本升级，函数接口发生了变化，我们可以通过 alias 属性给这个旧接口名字做下封装，起一个新接口的名字。

1. / / f . c
2. void __f ( void )
3. {
4.     printf ( "__f()\n" ) ;
5. }
6. void f ( ) __attribute__ ( ( weak , alias ( "__f" ) ) ) ;
8. / / main . c
9. void __attribute__ ( ( weak ) ) f ( void ) ;
10. void f ( void )
11. {
12.     printf ( "f()\n" ) ;
13. }
15. int main ( void )
16. {
17.     f ( ) ;
18.     return 0 ;
19. }

当我们在 main.c 中新定义了 f() 函数时，在 main 函数中调用 f() 函数，会直接调用 main.c 中新定义的函数；当 f() 函数没有新定义时，就会调用 __f() 函数。

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