程序的连接之符号和符号表

程序的链接中，链接的第一步就是符号的解析。要理解符号的解析过程，得先搞明白以下几点：

• 什么是符号
• 什么是符号的定义，什么是符号的引用
• 链接符号的类型有哪些，各自有什么特点
• 符号表的结构
• 链接器对符号的解析规则

下面就来一步步搞明白这些点。

符号就是其实程序中的变量名、函数名。

符号的定义和引用，可见下图：

 

注意：局部变量temp分配在栈中，不会在函数外部被引用，因此不是符号定义。

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链接符号的类型

每个可重定位目标模块m都有一个符号表，它包含了在m中定义和引用的符号。有三种链接器符号：

• Global symbols（模块内部定义的全局符号）

由模块m定义并能被其他模块引用的符号。例如，非static C函数和非static C全局变量
如，main.c 中的全局变量名buf

• External symbols（外部定义的全局符号）

由其他模块定义并被模块m引用的全局符号
如，main.c 中的函数名swap

• Local symbols（本模块的局部符号）

仅由模块m定义和引用的本地符号。例如，在模块m中定义的带static的C函数和全局变量
如，swap.c中的static变量名bufp1.
注意：链接器的局部符号不是指程序中的局部变量（分配在栈中的临时性变量），链接>器不关心这种局部变量

链接器的符号类型，示例如下：

目标文件中的符号表

目标文件的.symtab节记录着符号表信息，符号表示一个结构体数组，每个表项（16字节）的结构如下：

使用readelf -s 可查看目标文件的符号表信息，以上面的main.o和swap.o为例：

 

符号定义的本质

符号定义的本质是：指被分配了存储空间。如果是函数名则指代码所在区；如果是变量名则指其所在的静态数据区。

所有定义的符号的值就是其目标所在的首地址。

因此，符号的解析就是将符号引用和符号定义建立关联后，将引用符号的地址重定位为相关联的符号定义的地址。

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全局符号的强、弱

全局符号有强、弱的特性。

• 强符号：函数名和已初始化的全局变量名是强符号。
• 弱符号：未初始化的全局变量名是弱符号。

举例如下：

链接器对符号的解析规则
符号解析时，只能有一个确定的定义（即每个符号仅占一处存储空间）。
所以，如果碰到符号存在多重定义时，就得有相应的处理规则：

• Rule 1：强符号不能多次定义

强符号只能被定义一次，否则链接错误。

• Rule 2：若一个符号被定义为一次强符号和多次弱符号，则按强符号定义为准。
• Rule 3：若有多个弱符号定义，则任选其中一个。

使用命令 gcc -fno-common链接时，会告诉链接器在遇到多个弱定义的全局符号时输出一条警告信息。

下面是几个多重定义符号的解析示例：

 

 

 

关于全局符号的多重定义的问题：

• 尽量避免使用全局变量
• 一定要使用的话，就按以下规则使用

• 尽量使用本地变量（static）
• 全局变量要赋初值
• 外部全局变量要使用extern
  多重定义全局变量会造成一些意想不到的错误，而且是默默发生的，编译系统不会警告，并会在程序执行很久后才能表现出来，且远离错误处。特别是在模块很多的大型软件中，这类错误很难修正。