3.5 連結的介面–符號

在連結中，我們將函式名和變數統稱為符號，函式名和變數名就是符號名。
每一個目標檔案都有一個符號表，裡面記錄了目標檔案中所有用到的符號。
每一個符號都有一個對應的值，叫做符號值。對於變數和函式來說，符號值就是地址。
符號分為5類。
**（1）本目標檔案中定義的全域性符號。可以被其他目標檔案引用。如fun1、main、global_init_var
（2）不在本目標檔案中定義的全域性符號。稱為外部符號。如printf**
（3）段名。由編譯器產生，它的值就是該段的起始地址。如.text、.data等。
（4）區域性符號。只在編譯單元內可見。如static_var、static_var2
（5）行號資訊。即目標檔案指令與原始碼中程式碼行的對應關係，可選。
其中，（1）（2）最為重要。

使用：$nm SimpleSection.o檢視符號

nm命令用來列出一個目標檔案中的各種符號。
T：Text段的符號。
D：已初始化的變數符號
C：該符號為common。common symbol是未初始化的的資料段。只在連結時被分配。
U：在當前檔案中未定義，定義在別的檔案中。

3.5.1 ELF符號表結構
符號表是一個Elf32_Sym結構的陣列，一個Elf32_Sym對應一個符號。
typedef struct{
Elf32_Word st_name; //符號名
Elf32_Addr st_value; //符號名對應的值。
Elf32_Word st_size; //符號大小。
unsigned char st_info; //符號型別和繫結資訊。
unsigned char st_other; //為0，沒用。
Elf32_Half st_shndx; //符號所在的段。
}Elf32_Sym;
利用readelf檢視ELF檔案的符號：

1. 第6列vis段未使用，忽略。
2. printf在本檔案中未定義，因此它的Ndx是SHN_UNDEF。
3. static_var.1488和staic_var2.1489是兩個靜態變數，繫結屬性是STB_LOCAL在編譯單元內部可見。用到了”符號修飾“

（1）符號型別和繫結資訊
高28位表示符號繫結資訊；第4位表示符號型別。

（2）符號所在的段
如果符號定義在本目標檔案中，則表示符號所在段在段表中的下標；如果不在或有些特殊符號，則如表所示：

如：

（3）符號值
分下列3種情況：

1. 如果時符號的定義且符號不是”COMMON塊“型別的，則表示該符號在段中的偏移。？？？
2. 如果是”COMMON塊“型別的，則表示該符號的對齊屬性。如global_uninit_var.
3. 在可執行檔案中，表示符號的虛擬地址。該地址對動態連結器十分有用。

3.5.2 特殊符號
有些符號沒有在程式中定義，但可以直接宣告並引用，我們稱為特殊符號。連結器會在連結時將其解釋為正確的值。
幾個代表性的特殊符號如下：

1. __executabel_start：程式起始地址。注意不是入口地址，是程式最開始地址
2. __etext、_etext、etext：程式碼段結束地址
3. _edata、edata：資料段結束地址
4. _end、end：程式結束地址
   以上都是虛擬地址。

使用這些符號：

#include<stdio.h>

extern char __executable_start[];
extern char __etext[],etext[],_etext[];
extern char _edata[],edata[];
extern char _end[],end[];

int main()
{
    printf("Executable Start %X\n",__executable_start);
    printf("Text End %X %X %X\n",etext,_etext,__etext);
    printf("Data End %X %X\n",edata,_edata);
    printf("Executable End %X\n",end,_end);

    return 0;
}

編譯並執行：

3.5.3 符號修飾與函式簽名
為防止庫函式與自定義函式的命名衝突，採取了符號修飾來避免。例如：C語言程式碼中所有全域性變數和函式經過編譯後，會在符號名前加上”_”；C++增加了名稱空間來解決符號衝突問題。
例如：

int func(int);
float func(float);
class C{
    int func(int);
    class C2{
        int func(int);
    };
};
namespace N{
    int func(int);
    class C{
        int func(int);
    };
};

這6個func都是不同的，因為它們的函式簽名不同。函式簽名包含了一個函式的資訊，包括函式名、引數型別、所在的類和名稱空間。由於它們的引數型別、所處的類、名稱空間的不同，因此函式簽名是不同的。

3.5.4 extern “C”
C++為了與C相容，在符號的管理上，C++有一個用來宣告或定義一個C的符號的“extern ”C”“關鍵字用法。如

extern "C"{
    int func(int);
    int var;
    }

C++編譯器會將extern “C”的大括號內部的程式碼當作C語言程式碼處理。
考慮以下情況：
C語言程式碼或C++包含了用C語言編寫的函式或全域性變數，如C語言庫函式中的string.h中聲明瞭memset這個函式，它的原型如下：
void memset(void ,int,size_t);
當C語言用到這個函式時，會正確處理；但是在C++語言中，編譯器會認為memset是一個C++函式，於是將memset的符號修飾成_Z6memsetPvii，這樣連結器就無法與C語言庫中的memset符號進行連結。為了解決這個問題，我們使用C++的巨集”__cplusplus“，C++編譯器在編譯C++的程式時預設定義這個巨集，我們可以使用這個巨集判斷當前編譯單元是不是C++程式碼。具體程式碼如下：

#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif

void *memset(void *,int,size_t);

#ifdef __cplusplus
}
#endif

如果當前編譯單元是C++程式碼，那麼memset會在extern “C”裡面被宣告；
如果是C程式碼，就直接宣告。
這個技巧很重要！幾乎在所有的系統標頭檔案中都被用到。

3.5.5 弱符號與強符號
1、對於C/C++語言來說，編譯器預設函式和初始化了的全域性變數為強符號，未初始化的全域性變數為弱符號。
可以通過GCC的”attribute((weak))“來將強符號定義為弱符號。
注意：強符號和弱符號都是針對定義來說，不是針對引用
連結器對全域性符號的處理規則：

1. 不允許強符號被多次定義
2. 如果一個符號在某個目標檔案中是強符號，在其他檔案是弱符號，則選擇強符號。
3. 如果一個符號在所有目標檔案中是弱符號，那麼選擇其中佔用空間最大的那個。

2、強引用與弱引用
強引用：對外部檔案的符號引用在目標檔案被最終連結成可執行檔案時，需要被正確決議，如果沒有找到該符號的定義，連結器就會報未定義錯誤。
弱引用：如果該符號有定義，連結器將正確處理；如果未定義，連結器不報錯。
對於未定義的弱引用，連結器將其預設為0，或一個特殊的值，以便於程式程式碼能夠識別。
如下面這段程式碼：

__attribute__((weakref)) void foo();
int main()
{
    foo();
}

當將其編譯成一個可執行檔案，GCC並不會報連結錯誤。但是當我們執行這個可執行檔案時，會發送錯誤。因為foo函式的地址是0，找不到。對其進行改進：

__attribute__((weakref)) void foo();
int main
{
    if(foo) foo();
}

弱符號和弱引用對庫來說十分有用，比如庫中定義的弱符號可以被使用者定義的強符號覆蓋，從而使得程式可以使用自定義版本的庫函式。或者程式將某些功能模組的引用定義為弱引用，當我們將擴充套件模組與程式連結在一起時，功能模組就可以正常使用。

3.6 除錯資訊
如果我們在GCC編譯時加上-g引數，編譯器就會在產生的目標檔案裡面加上除錯的資訊。

這些段中儲存的就是除錯資訊。現在的ELF檔案採用一個叫DWARF的標準的除錯資訊格式。
可以使用strip命令去掉ELF檔案中的除錯資訊。