什么是强符号和弱符号？

C/C++中的符号是什么？什么是强符号？什么又是弱符号？

先问一个问题，如果全局变量或者函数重复定义了，会发生什么？

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()
{
    printf("编程珠玑\n");
}

// main.c
#include<stdio.h>
void func()
{
    printf("公众号\n");
}
int main(void)
{
    func();
    return 0;
}

编译：

$ gcc -o main main.c fun.c
/tmp/ccKeACRk.o: In function `fun':
fun.c:(.text+0x0): multiple definition of `fun'
/tmp/cc4ezgqh.o:main.c:(.text+0x0): first defined here
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：

// 来源：公众号【编程珠玑】
// 作者：守望先生
//var.c
int num;
void change()
{
    num = 1023;
}

//main.c
#include<stdio.h>
void change();
int num = 1024;
int main(void)
{
    printf("before:num is %d\n", num);
    change();
    printf("after:num is %d\n", num);
    return 0;
}

输出结果：

1 2	before:num is 1024 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：

// symbol.c
#include<stdio.h>
int symbol = 1024;
int func_symbol()
{
    return 0;
}

编译：

$ gcc smbol.c #编译
$ nm symbol.o #查看符号信息
0000000000000000 T func_symbol
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：

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

//var.c
double num;
void change()
{
    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 2	before:num is 1024 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++）。

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》