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函数或全局变量重复定义时会怎样?

来源:互联网时间:2021-02-26 15:42:10编辑:网友分享
可能有些朋友第一反应是,那肯定是编译不过喽: // 来源:公众号【编程珠玑】 // 作者:守望先生 // fun.c #include<stdio.h> void fun() { print

 函数或全局变量重复定义时会怎样?

可能有些朋友第一反应是,那肯定是编译不过喽:

  1. // 来源:公众号【编程珠玑】 
  2. // 作者:守望先生 
  3. // fun.c 
  4. #include<stdio.h> 
  5. void fun() 
  6.     printf("编程珠玑\n"); 
  7.  
  8. // main.c 
  9. #include<stdio.h> 
  10. void func() 
  11.     printf("公众号\n"); 
  12. int main(void) 
  13.     func(); 
  14.     return 0; 

编译:

  1. $ gcc -o main main.c fun.c 
  2. /tmp/ccKeACRk.o: In function `fun': 
  3. fun.c:(.text+0x0): multiple definition of `fun' 
  4. /tmp/cc4ezgqh.o:main.c:(.text+0x0): first defined here 
  5. collect2: error: ld returned 1 exit status 

可以看到这里报错了,因为fun重复定义了。

但是重复定义就会报错,会编译不过吗?不全是!

再看下面的代码:

  1. // 来源:公众号【编程珠玑】 
  2. // 作者:守望先生 
  3. //var.c 
  4. int num; 
  5. void change() 
  6.     num = 1023; 
  7.  
  8. //main.c 
  9. #include<stdio.h> 
  10. void change(); 
  11. int num = 1024; 
  12. int main(void) 
  13.     printf("before:num is %d\n", num); 
  14.     change(); 
  15.     printf("after:num is %d\n", num); 
  16.     return 0; 

输出结果:

  1. before:num is 1024  
  2. after:num is 1023  

从结果中可以看到,虽然num被定义了两次,但是仍然可以编译通过,并且正常运行。这又是为什么呢?

符号

在说明今天重点分享的内容之前,先简单了解一下什么是符号。在《hello程序是如何变成可执行文件的》中讲到过,ELF文件生成的最后阶段会经历链接,而链接阶段正是基于符号才能完成。每个目标文件都会有一个符号表。而链接过程正是通过符号表中的符号,将不同的目标文件“粘”在一起,形成最后的库或者可执行文件。要查看一个目标文件的符号信息也很容易:

  1. // symbol.c 
  2. #include<stdio.h> 
  3. int symbol = 1024; 
  4. int func_symbol() 
  5.     return 0; 

编译:

  1. $ gcc smbol.c #编译 
  2. $ nm symbol.o #查看符号信息 
  3. 0000000000000000 T func_symbol 
  4. 0000000000000000 D symbol 

通过nm命令就可以查看符号信息,这里就有我们的func_symbol函数和全局变量symbol的符号。

关于nm的使用,在《几个命令了解ELF文件的秘密》也有介绍。

除了上面提到的全局符号,目标文件中还有其他符号信息,不过这不是本文关注的重点。

强符号与弱符号

对于C/C++语言来说,编译器默认函数和初始化了的全局变量为强符号,未初始化的全局变量为弱符号。当然也可以通过

  1. __attribute__((weak)) 

来定义一个强符号为弱符号。

通过下面的例子来看看哪些是强符号,哪些是弱符号:

  1. #include<stdio.h> 
  2. int weak; // 未初始化全局变量,弱符号 
  3. int strong = 1024; // 已初始化全局变量,强符号 
  4. __attribute__((weak)) int weak1 = 2222; // 使用标识修饰的弱符号 
  5. int main(void) 
  6.     printf("编程珠玑\n"); 
  7.     return 0; 

注意,这里的强符号与弱符号都是针对定义来说的。

同名时,用哪个?

对于多重定义,即标题提到的变量重名时,链接器有它的处理规则:

  • 1.强符号不允许重复
  • 2.有一个强符号和多个弱符号,使用强符号
  • 3.多个弱符号,则随意选择一个

关于第一点,在最开始的例子中你已经见到了,最常见的情况就是你重复定义了变量或者函数等等。

而第二点也有示例,示例中,虽然定义了两个num,但是var.c中未初始化的num是弱符号,main.c中的num是强符号,这种情况下编译正常。只是最终会使用强符号的num。

再看一个第三点的例子也是类似,当其中main.c的num无初始化时,也是可以编译过的。这种情况下的误用也就罢了,如果是重复的符号,但是类型不同,问题就更大了,即var.c的内容如下:

  1. //var.c 
  2. double num; 
  3. void change() 
  4.     num = 1023; 

这里的num变成了double,再次编译运行,你会发现意想不到的结果:

  1. before:num is 1024  
  2. after:num is 0  

为什么修改后是0?原因在于double类型的数据存储与int类型数据存储格式不一样(参考《对浮点数的一些理解》),且它们占用空间长度都不一样,在本文例子中,double占用8字节,而int占用4字节。

总之,这不是我们想要的结果,最终的后果可能比我们想象的要严重,要更难发现。

总结

如非特殊需求,应该尽量避免出现全局变量同名,以免造成意料不到的结果,例如使用变量时最小范围定义,即尽可能避免全局变量,或者使用命名空间(如C++中)。

当然了,强弱符号在某些时候是非常有用的,例如制作库以支持用户自定义的库,这又该怎么做呢?敬请期待下一篇。

参考

参考书籍

《深入理解计算机系统》

《程序员的自我修养》

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