C语言进阶小技巧，弱符号和弱引用

2022-07-12 00:00:00 函数 编译 定义 符号 编译器



__attribute__ 是一个编译器指令，其实是 GNU C 的一种机制，本质是一个编译器的指令，在声明的时候可以提供一些属性，在编译阶段起作用，来做多样化的错误检查和优化。

用于在 C,C++,Objective-C 中修饰变量、函数、参数、方法、类等。

合理使用 __attribute__ 有什么好处？

  • 给编译器提供上下文，帮助编译器做优化，合理使用可以收到显著的优化效果。
  • 编译器会根据 __attribute__ 产生一些编译警告，使代码更规范。
  • 给代码阅读者提供必要的注解，助其理解代码意图。

总之，__attribute__ 起到了给编译器提供上下文的作用，如果错误的使用 __attribute__ 指令，因为给编译器提供了错误的上下文，由此引起的错误通常很难被发现。

强符号和弱符号

在同一作用域下不能定义同一个变量或函数，很多C语言学习者都理所当然地这么认为。

这个其实是是有所偏颇的，GNU C对标准C语言进行了扩展，在GCC中，对于符号(在编译时，变量和函数都被抽象成符号)而言，存在着强符号和弱符号之分。

是的，是否支持这个特性是由不同的C语言标准决定的。

对于C/C++而言，编译器默认函数和已初始化的全局变量为强符号，而未初始化的全局变量为弱符号。

在编程者没有显示指定时，编译器对强弱符号的定义会有一些默认行为，同时开发者也可以对符号进行指定，使用"attribute((weak))"来声明一个符号为弱符号。

定义一个相同的变量，当两者不全是强符号时，gcc在编译时并不会报错，而是遵循一定的规则进行取舍：

  • 当两者都为强符号时，重复定义的报错：redefinition of 'xxx'
  • 当两者为一强一弱时，选取强符号的值
  • 当两者同时为弱时，选择其中占用空间较大的符号，这个其实很好理解，编译器不知道编程者的用意，选择占用空间大的符号至少不会造成诸如溢出、越界等严重后果。

在默认的符号类型情况下，强符号和弱符号是可以共存的，类似于这样：

int x;
int x = 1;

编译不会报错，在编译时x的取值将会是1.

注意，这里可以使用__attribute__((weak))将强符号转换为弱符号，却不能与一个强符号共存，类似于这样：

int __attribute__((weak)) x = ;
int x = 1;

编译器将报重复定义错误。

强引用和弱引用

除了强符号和弱符号的区别之外，GNUC还有一个特性就是强引用和弱引用。

我们知道的是，编译器在编译阶段只负责将源文件编译成目标文件(即二进制文件)，然后由链接器对所有二进制文件进行链接操作。

编译器默认所有的变量和函数为强引用，同时编程者可以使用__attribute__((weakref))来声明一个函数。

注意这里是声明而不是定义，既然是引用，那么就是使用其他模块中定义的实体，对于函数而言，我们可以使用这样的写法：

__attribute__((weakref)) void func(void);

,然后在函数中调用func()，如果func()没有被定义，则func的值为0，如果func被定义，则调用相应func，在《程序员的自我修养》这本书中有介绍，它是这样写的：

__attribute__((weakref)) void func(void);
void main(void)
{
    if(func) {func();}
}

但是在现代的编译系统中，这种写法却是错误的，编译虽然通过(有警告信息)，但是却不正确:

warning: ‘weakref’ attribute should be accompanied with an ‘alias’ attribute [-Wattributes]

警告显示：weakref需要伴随着一个别名才能正常使用

强/弱符号和强/弱引用的作用

这种弱符号、弱引用的扩展机制在库的实现中非常有用。

我们在库中可以使用弱符号和弱引用机制，这样对于一个弱符号函数而言，用户可以自定义扩展功能的函数来覆盖这个弱符号函数。

同时我们可以将某些扩展功能函数定义为弱引用，当用户需要使用扩展功能时，就对其进行定义，链接到程序当中。

如果用户不进行定义，则链接也不会报错，这使得库的功能可以很方便地进行裁剪和组合。

注意：C标准里根本没有提到强、弱符号。这只是GCC这个实现定义的特性，在MS C编译器里是不存在这个概念的。

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