關於C語言中弱符號與弱引用的實際應用問題

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最近在學習《程序員的自我修養——鏈接、裝載與庫》時，get到瞭一個新的知識點：弱符號與弱引用。書中簡短的介紹，讓我瞭解到弱符號的含義以及使用方式。瞭解我的朋友，應該知道我喜歡將知識點與我們實際工作結合起來，在工作中利用起來，正所謂學以善用。根據我的理解，覺得利用弱符號的特性可以幫組我們在工作中編寫出更加穩定，可復用，可組合的優秀代碼。在此向大傢分享。

符號重定義錯誤

在編碼過程中，我們經常遇到符號重定義的錯誤。編譯器會報如下錯誤：

multiple definition of `xxx’;

這就是符號重復定義導致的，再往細裡面說，是在同一作用域內符號沖突。我們知道變量是由作用域和生命周期概念的。比如：

例1：
main.c
int strong=0;
int main()
{
	printf("strong = %d\n",strong);
	return 0;
}

strong.c
int strong=1;

gcc main.c strong.c -o main 則會報重定義錯誤。因為在main.c 和strong.c 文件中，整型變量strong是全局變量，它們的作用域都是跨文件的。若是在不同的作用域，即使相同變量名，也不會報錯。編譯器會有默認的優先級處理：總是更小作用域的變量覆蓋更大作用域的變量，前提是這兩個變量的作用域是包含或被包含的關系。比如：

例2：
main.c
int strong=0;
int main()
{
	printf("strong = %d\n",strong);
	return 0;
}

strong.c
static int strong=1;

gcc main.c strong.c -o main 不再報錯。此時main.c 中的strong 變量的作用域是跨文件，而strong.c中的strong變量的作用域僅限strong.c文件。因此不存在相同作用域中，符號重定義問題。並且結果輸出為0；
同理，下面的代碼會編譯報錯嗎？輸出為多少呢？

main.c
int strong=0;
int main()
{
	int strong=2；
	printf("strong = %d\n",strong);
	return 0;
}

strong.c
static int strong=1;

甚至於下面的代碼也是合法的：

main.c
int strong=0;
int main()
{
	int strong=2；
	if(1)
	{
		int strong=3;
	}
	{	
		int strong = 4;
		printf("strong = %d\n",strong);
	}
	return 0;
}

在C語言中，我們可以簡單地認為花括號是文件內作用域的分隔符。

強符號與弱符號

編譯器默認函數和已初始化的全局變量為強符號，而未初始化的全局變量為弱符號；同時開發者可以通過”attribute((weak))“來聲明一個符號為弱符號；
gcc 在編譯過程中，對於強弱符號遵循一定規則進行取舍：

  • 當有多個為強符號時，報”redefinition of ‘xxx'”錯誤
  • 當僅有一個為強符號時，選取強符號的值
  • 當都為弱符號時，選擇其中暫用空間較大的符號。（防止溢出越界等問題）—— 這個應該和編譯器有關，我在本地環境中，是不允許多個類型不同的弱符號存在的。編譯會出錯。

很明顯，例1 則是出現多個強符號，導致的redefinition 錯誤。例如下面code：

main.c
int strong;
int strong=2;
int main()
{
	printf("strong = %d\n",strong);
	return 0;
}

編譯並不會出錯，並且輸出為2；

強引用與弱引用

我們知道在編譯成可執行文件時，若源文件引用瞭外部目標文件的符號，在鏈接過程中，需要找到對應的符號定義，若未找到對應符號（未定義），鏈接器會報符號位未定義錯誤，導致編譯出錯。這種被稱為強引用。與相對應的時弱引用（開發者可通過attribute((weakref))聲明），鏈接器在鏈接符號過程中，若發現符號為弱引用，即使沒有找到符號定義，鏈接時也不會報錯，但是會將該引用默認為0；
書中的代碼如下：

main.c
int strong;
int strong=2;
int main()
{
	printf("strong = %d\n",strong);
	return 0;
}

雖然沒有定義foo(),但是我們可以將它編譯成可執行文件，並且GCC 編譯不會報鏈接錯誤，但是當我們運行時，會發生運行錯誤。實際上新版本的編譯器上訴的代碼會在鏈接時報錯的，新版本的示例代碼應該如下：(新版本的weakref 需要函數別名，且必須是static 修飾)

main.c
static __attribute__((weakref("foo"))) void myfoo(void);
void main(void)
{
	if(myfoo)
	{
		myfoo();
	}
}

新版的弱符號引用如上所示。即表示若沒有找到foo函數，編譯不報錯，但是會默認myfoo為NULL。若在其他庫中定義瞭foo函數，對myfoo的引用就相當於對foo的引用。這種弱引用在庫的使用上十分有用的。

小節

經過上面的描述，我們瞭解到瞭強符號，弱符號，強引用，弱引用的概念。我認為起碼有兩點特性可以在我們工作中使用：

  • 強符號可以替換弱符號。
  • 弱引用可以避免函數未定義的錯誤。

強符號替換弱符號

一些庫中對外接口可以聲明為弱符號。比如：
在math庫中，我們發現add(int num1, int num2)這個接口存在問題，那我們解決方式一般有以下幾種:
1. 實現一個myadd(int num1,int num2)接口，之後再將項目中的所有add,替換為myadd。這種方式可行，但是存在缺點：修改量大，並且後續人員不清楚背景，很有可能繼續使用熟悉的add接口。
2. 更新math庫，從更本解決此問題。這種方式比較推薦。但是也並不是通用的，比如有些庫並不是開源的，並且已經過瞭支持日期，也就不適用瞭。

此時，我們可以自己在項目中定義一個add(int num1,int num2)接口，用強符號替換庫中的弱符號，這樣改動是比較小的。（這種情景需要瞭解接口的實現內容，可給調用者較高的重構權力）

巧用弱引用提高代碼的健壯性

應用層的開發，離不開sdk的提供，一般sdk維護瞭，即使應用沒有需求發生，往往也會為瞭配合sdk，進行簡單的修改。以設備升級作為舉例，若升級過程中，分為傳包（pass），驗簽(verify)，解密(decode)，安裝(install)，上傳日志(report)等步驟，並且這些核心接口都是以libsdk.so庫的形式提供給應用工程師。那麼正常情況下，應用邏輯大致如下：

用戶業務流程
...
pass();
...
verify();
...
decode();
...
install();
...
report();
...

但是這樣的業務代碼，我覺得是非常差的。比如新的項目中，不需要做解密包操作瞭，（理論上libsdk.so庫中應該不具備decode接口瞭），這樣就會導致應用程序編譯失敗。undefine 'decode'。
因此我建議應用代碼可以如下：

static __attribute__((weakref("pass"))) void mypass(void);
static __attribute__((weakref("verify"))) void myverify(void);
static __attribute__((weakref("decode"))) void mydecode(void);
static __attribute__((weakref("install"))) void myinstall(void);
static __attribute__((weakref("report"))) void myreport(void);

用戶業務流程
...
if(mypass)
	mypass();
else
	printf("don't need pass\n");
...
if(myverify)
	myverify();
else
	printf("don't need verify\n");
...
if(mydecode)
	mydecode();
else
	printf("don't need decode\n");
...
if(myinstall)
	myinstall();
else
	printf("don't need install\n");
...
if(myreport)
	myreport();
else
	printf("don't need report\n");
...

以上便是我理解的內容，希望能引起的你的共鳴，如果你有好的想法，也可以和我一起分享。。。

到此這篇關於C語言中弱符號與弱引用的實際應用的文章就介紹到這瞭,更多相關C語言弱符號與弱引用內容請搜索WalkonNet以前的文章或繼續瀏覽下面的相關文章希望大傢以後多多支持WalkonNet！

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