弱符号与弱引用 -＞ 程序员的自我修养 第3，4章笔记
1. 在程序中声明并使用节名
先看下面一段有意思的程序
#include <stdio.h>__attribute__((section("abcd"))) int sss = 3;
static int y = 1;
extern int abcd;int add(int a, int b){return a + b;
}int main(){printf("%d\n", add(sss, y));printf("abcd %p, sss %p\n", &abcd, &sss);return 0;
}
这里我们利用GNU的C拓展，显式定义了一个abcd section。然后把符号sss放入该section中。编译运行如下
4
abcd 0x55acd9aaf014, sss 0x55acd9aaf014
从该段程序中有两点启发：
- 为什么可以这样写？这是因为编译生成的符号表中有相应的符号
Symbol table '.symtab' contains 16 entries:Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS hhh.c2: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1 3: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3 4: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4 5: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5 6: 0000000000000000 4 OBJECT LOCAL DEFAULT 3 y7: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 6 8: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 8 9: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 9 10: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7 11: 0000000000000000 4 OBJECT GLOBAL DEFAULT 5 sss12: 0000000000000000 20 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 add13: 0000000000000014 82 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 main14: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND _GLOBAL_OFFSET_TABLE_15: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND printf
即符号表中TYPE=SECTION中的项，（当然这没办法引用.data之类的保留段，因为C中不能声明这样名字的变量）。关于这样的trick的作用，一个可以想到的是xv6操作系统中，有一个外部引用变量，它的值是在链接时候由链接器来确定的，用于标记代码段和数据段的结尾地址（这样该值后面的内存就是空闲内存，可以加入到空闲链表中）。
- 另外一个有意思的点在于
abcd和sss的地址是相同的，可以思考一下原因。在符号表中，abcd的符号和sss的符号项几乎相同，他们的st_value都指向段abcd偏移量为0处。当我们说确定一个符号的属性时，通常需要有三点，该符号对应的虚拟地址起始处，该符号的大小，对相应字节的解释方式。在汇编阶段结束后，后两者就已经确定在机器指令中了（例如ld指令就隐含了解释该符号为8字节整数等）。链接器本身只需要关注st_value这一项，重定位符号的地址就可。 - 上面这样的理解便可以解释一个C语言数组和指针的区别。C语言的数组符号
int a[5]，在符号表中的大小是20个字节，假设该数组的起始地址为X，那么a[1]的含义是取出[X+4,X+8)地址的4字节并解释为整数。这和int a*在符号表中的大小是8字节，将8字节的内容解释为另一个地址的语义是完全不同的。 - 我之前犯过的一个错误是这样，在文件m中定义数组
int a[5]，在文件b中试图这样引用这个数组extern int *a。链接成功通过，但运行时引发了段错误。有了上面的理解，这样做的结果便是可以预期的了。链接器在重定位的时候，把符号int *a定位到符号int a[5]上了。即把int a[5]的前8个字节解释为了int *a指针对应的地址。
2. 弱符号与弱引用
alias -> 必须在同一个翻译单元定义。tutorial中的实例一目了然。
#include <stdio.h>int oldname = 5;extern int newname __attribute__((alias("oldname")));int main()
{printf("Value of new name is :%d\n", newname);return 0;
}
值得注意的点是声明newname时需要用extern关键字，实现上其实就把符号表中的表项复制一份就好了，这也解释了为什么要求alias对应的符号一定要在本单元定义，因为链接器没办法帮你做符号表表项copy的工作，因此alias对应的符号一定得是一个强符号而不是外部引用。
weak -> 声明为弱符号（与未初始化的全局变量的区别仅在于weak声明加初始化是在.data段中，后者在.common段中，BIND属性均为STB_WEAK）
看下面一段程序。
// weafvar.c
#include <stdio.h>__attribute__ ((weak)) int y = 2;int main(){printf("y : %d\n", y);return 0;
}// weafvar2.c
int y = 3;
运行结果如下。
$gcc -o weafvar weafvar.c weafvar2.c
$./weafvar
3
如果是把一个函数声明为weak也是类似的(只是现在弱符号的f位于代码段)，看下面的代码。
// weafvar.c
#include <stdio.h>
__attribute__ ((weak)) void f(){printf("default f\n");
};
int main(){f();return 0;
}// weafvar2.c
#include <stdio.h>void f(){printf("user define f\n");
};
如果链接时加入weafvar2.c，那么强符号的f就会覆盖弱符号的f。
关于weakref, 看下面的示例
// weakref.c
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>extern void _foo();
__attribute__ ((weakref ("_foo"))) static void foo(void);int main(int argc, char **argv)
{printf("calling foo.\n");if(foo){foo();}else{printf("no foo\n");}
}// weakref2.c
#include <stdio.h>
void _foo(void)
{ printf("user defined foo.\n");
}
如果我们在链接的时候不链接weakref2.c，那么会输出no foo, 如果链接weakref2.c，会输出user defined foo.。有意思的地方是，弱引用允许引用一个外部的符号，但要求函数本身的定义必须是static的（这正好和alias相反，alias要求别名是一个内部的符号，但是本身不需要是static的）
从实现上来思考就很好理解了。查看weakref.o的符号表。
$ readelf -s weakref.o Symbol table '.symtab' contains 13 entries:Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 1: 0000000000000000 0 FILE LOCAL DEFAULT ABS weakref.c2: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 1 3: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 3 4: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 4 5: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 5 6: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 7 7: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 8 8: 0000000000000000 0 SECTION LOCAL DEFAULT 6 9: 0000000000000000 65 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 main10: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND _GLOBAL_OFFSET_TABLE_11: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND puts12: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _foo
发现了吧，根本就没有foo这个符号，因此weakref就是把所以引用foo的地方，全部替换为了_foo，所以foo一定得声明为内部符号，不然外部引用foo失败会引发误解。
接下来我们看看最终的可执行文件是怎么样的
$ gcc -o weakref weakref.c
$ readelf -s weakref | grep _foo5: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _foo59: 0000000000000000 0 NOTYPE WEAK DEFAULT UND _foo
_foo出现了两次是因为还有一个.dynsym符号表，目前不清楚这个的作用。不管怎样，可执行文件中的_foo依然是一个未定义符号，但是从反汇编的代码中可以看到，与_foo相关的汇编语句依然被重定位了
66b: e8 e0 fe ff ff callq 550 <puts@plt>670: 48 8b 05 71 09 20 00 mov 0x200971(%rip),%rax # 200fe8 <_foo>677: 48 85 c0 test %rax,%rax67a: 74 07 je 683 <main+0x2e>67c: e8 df fe ff ff callq 560 <_foo@plt>681: eb 0c jmp 68f <main+0x3a>683: 48 8d 3d a7 00 00 00 lea 0xa7(%rip),%rdi # 731 <_IO_stdin_used+0x11>68a: e8 c1 fe ff ff callq 550 <puts@plt>
mov 0x200971(%rip),%rax是把_foo符号的地址放到了%rax中，不知道这个地址是怎么确定的，可能与后面的动态链接有一些关系，目前暂时留作疑惑吧。
但是最终的效果是如果_foo存在，那么可以直接使用，如果_foo不存在，那么可以通过if语句判否。
update1
关于这里_foo的重定位问题，看完动态链接再回来看就很好理解了。ld在链接时，没有找到_foo的定义，为_foo生成一个got表项，外加一个对该表项的重定位条目，并且把为_foo生成了一个在动态符号表中的表项（因为是弱符号，因此在链接时没有找到_foo的定义也没有关系）。因此上面对_foo的链接时的重定位实际上是把对_foo的引用转接到.got表项中。
如果在dynamic linker进行重定位时找到了_foo符号（比如我通过LD_PRELOAD预先加载一个有_foo符号的动态库），那么_foo能够正常调用，否则_foo的got表项值为0。
update2
最常用的是weak和alias关键字结合起来用，在musl-c源码中大量使用了这种技术。这里的__typeof关键字返回表达式的类型。
// src/include/features.h
#define weak_alias(old, new) \extern __typeof(old) new __attribute__((__weak__, __alias__(#old)))
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