强符号和弱符号

我们在编写代码的过程中经常会遇到一种叫做符号重复定义（Multiple Definition）的错误，这是因为在多个源文件中定义了名字相同的全局变量，并且都将它们初始化了。

例如，在 a.c 中定义了全局变量 global：

在 b.c 中又对 global 进行了定义：

那么在链接时就会出现下面的错误：

这种符号的定义可以被称为强符号。

在C语言中，编译器默认函数和初始化了的全局变量为强符号（Strong Symbol），未初始化的全局变量为弱符号（Weak Symbol）。强符号之所以强，是因为它们拥有确切的数据，变量有值，函数有函数体；弱符号之所以弱，是因为它们还未被初始化，没有确切的数据。

链接器会按照如下的规则处理被多次定义的强符号和弱符号：

1) 不允许强符号被多次定义，也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，那么链接器会报符号重复定义错误。

2) 如果一个符号在某个目标文件中是强符号，在其他文件中是弱符号，那么选择强符号。

3) 如果一个符号在所有的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。

比如目标文件 a.o 定义全局变量 global 为 int 类型，占用4个字节，目标文件 b.o 定义 global 为 double 类型，占用8个字节，那么被链接后，符号 global 占用8个字节。请尽量不要使用多个不同类型的弱符号，否则有时候很难发现程序错误。

在 GCC 中，可以通过__attribute__((weak))来强制定义任何一个符号为弱符号。假设现在有下面的一段代码：

extern int ext;
int weak1;
int strong = 100;
__attribute__((weak)) weak2 = 2;
int main(){
    return 0;
}

weak1 和 weak2 是弱符号，strong 和 main 是强符号，而 ext 既非强符号也非弱符号，它是一个对外部变量的引用（使用）。

为了加深理解，我们不妨再来看一个多文件编程的例子。

main.c 源码：

#include <stdio.h>
//弱符号
__attribute__((weak)) int a = 20;
__attribute__((weak)) void func(){
    printf("C Language\n");
}
int main(){
    printf("a = %d\n", a);
    func();
    return 0;
}

module.c 源码：

#include <stdio.h>
//强符号
int a = 9999;
void func(){
    printf("www.cdsy.xyz\n");
}

在 GCC 中，使用下面的命令来运行程序：

在 main.c 中，a 和 func 都是弱符号，在 module.c 中，a 和 func 都是强符号，强符号会覆盖弱符号，所以链接器最终会使用 module.c 中的符号，输出结果也印证了这一点。

需要注意的是，__attribute__((weak))只对链接器有效，对编译器不起作用，编译器不区分强符号和弱符号，只要在一个源文件中定义两个相同的符号，不管它们是强是弱，都会报“重复定义”错误。请看下面代码：

#include <stdio.h>
__attribute__((weak)) int a = 20;
int a = 9999;
int main(){
    printf("a = %d\n", a);
    return 0;
}

这段代码在编译阶段就会报错，编译器会认为变量 a 被定义了两次，属于重复定义。

弱符号对于库来说十分有用，我们在开发库时，可以将某些符号定义为弱符号，这样就能够被用户定义的强符号覆盖，从而使得程序可以使用自定义版本的函数，增加了很大的灵活性。