一、符号、符号表

符号：通俗地说，就是前面跟着类型（如int/void等）的函数名，或变量名。

          注意：这里的变量必须是除了非静态局部变量之外的其它变量。

所有符号载入史册——符号表。

分类：

①Global symbols（模块内部定义的全局符号，又称全局符号） – 由模块m定义并能被其他模块引用的全局符号。

例如，非static函数和非static的全局变量（指不带static的全局变量） 如，main.c 中的全局变量名buf

②External symbols（外部定义的全局符号，又称外部符号） – 由其他模块定义并被模块m引用的全局符号（标志是extern，extern用来修饰全局变量，即声明在“最外层”）（要体现引用，否则不会进入符号表） 如，main.c 中的函数名swap是一个外部符号。

i.它是一个声明，但是也仅仅是告诉链接器，这个swap实际上来自外部。

ii.还必须在模块m中引用，该符号才能出现在符号表里。对swap的引用，则体现在main函数中的swap();中。

当然，考试不会给出只定义/声明，但后面没有引用的例子。故了解即可。

【实际上，main里不写extern都可以，它是个弱符号，后续链接会自动把在main里写到的void swap的真正定义认为在swap.o中。只不过做题时，我们把extern int a这样的a称作外部符号（在外面有定义），int a这样的a称作全局符号（其在.bss）】

 Local symbols（本模块的局部符号，又称本地符号） – 仅由模块m定义并能被本模块引用的本地符号。例如，在模块m中定义的带static的函数和变量（无论定义变量的位置，是全局还是在函数中，只要变量前面有static，都算是（本地）符号！） 如，swap.c 中的static变量名bufp1

【注】不关心局部变量（当然，也不叫符号）。

如果函数的声明中带有关键字extern，则暗示这个函数可能在别的模块里定义，在此处只是一个声明而非定义（如下区分）。extern...可简单理解为是引用其他模块定义过的东西，其变量（函数）名属于外部符号。它在当前文件的符号表中，在真正定义模块的.data或.bss节中。

如图：红为内部（全局）符号，蓝为外部（全局）符号，绿为本地符号。

【符号表】

如图：符号的偏移量或虚拟地址一目了然！

st_size可能是函数（代码、指令占的字节数）的字节数，也可能是变量所占的字节数，视情况而定。

st_info比较重要，包含的信息很多！

【例如】

main.o

 本图中，swap是外部函数，它的信息许多未知

在swap.o中

同样，buf的相关信息，在swap.o中也是未知信息。而且，bufp1是未初始化变量，放在bss中（符号表中描述bufp1满足4字节对齐，占4个字节，可以理解为.o文件链接后映射到存储器（实则为主存）中，bufp1是4字节对齐，占4个字节）。

二、符号解析【重点！！！】

1、符号定义的实质：为函数名时，指代码所在区；为变量名时，指所占的静态数据区。

2、全局符号的解析比较复杂，内部符号解析较简单。所有定义符号的值，是其目标所在的首地址。

3、强符号/弱符号

接下来所说的全局变量/函数名包括：外部符号（即外部定义的全局符号）和全局符号（即模块内部定义的全局符号）

已初始化的全局变量名、全局函数名是强符号

未初始化的全局变量名和全局函数名【即光声明不写具体指令的函数（如前面的extern void swap();中的swap）】，是弱符号

【易错】本地(static)符号不参与强弱讨论。函数的“引用”不算强/弱符号。非静态局部变量也谈不上强/弱符号。

【练习】

p1中的var是强符号，p2中的var是弱符号。

【练习】指出强符号和弱符号

红框里面是强符号，蓝框里面是弱符号。

解析有如下规则：

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，则按强定义为准

– 对弱符号的引用被解析为其强定义符号

Rule 3: 若有多个弱符号定义，则任选其中一个（一般选第一个）

– 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。

如本题：红色是强符号，蓝色是弱符号。

y一次强定义，一次弱定义 z两次弱定义 p1一次强定义，一次弱定义 main一次强定义

没有两次强定义，因此：链接不会报错

但是，y和z的输出结果到底是谁？

p1.c中的p1函数，会将左端的y符号赋值为200（虽然y是用的main.c的强定义）

同理，z最后也会因为经过p1()函数，而变成2000.

【典例】

d最终输出结果如何？

单纯编译p1.c的时候，会认为把1.0给double d（汇编也是浮点指令）。但最终链接后，1.0作为浮点数，要放到int d中，因为main.c中d是强符号。具体如下：

d(1.0)的double浮点数为3FF0 0000 0000 0000H，它会把原来int d空间里的数据全部冲掉，换成0000 0000，把原来int x里的数据全部冲掉，变成3FF0 0000，为一个很大的数。如果在main.c中还定义了一个如short f的在.bss的变量，则无需考虑它。.data和.bss虽然说是连续的两个空间，且.data在低地址，.bss在高地址。但由于.bss的对齐原因，两者之间有很大的空隙，不会冲刷掉.bss空间的内容。

因此，链接可以通过是真的，但是程序结果出错了。

【规律】待用以赋值的数到底是什么类型的机器数，由本.c来决定（如double），因为这是在汇编及之前就完成的。而真正赋值给的对象，是强符号（同一名称的符号若都是弱符号，则任选其一）。

注意区分：

整个存储器镜像（右图）从低地址到高地址，是从下往上的（和栈帧一样）。因此，我们在画d和x的内容的时候，从下往上也应该是从低地址到高地址。对于.data节而言，先声明的变量占据低地址空间。

【经验教训】别用全局变量，用的时候也要赋初值！多用本地变量（static）。

三、库

1、避免所有函数在一个源文件中，也不要一个源文件只包括一个函数。要雨露均沾。

2、静态库 (.a archive files)

– 将所有相关的目标模块（.o）打包为一个单独的库文件（.a）【包含了许多.o文件】，称为静态库文件 ，也称存档文件（archive）

– 在构建可执行文件时只需指定库文件名，链接器会自动到库中寻找那些应用程序用到的目标模块，并只把用 到的模块从库中拷贝出来

– 在gcc命令行中无需明显指定C标准库libc.a(默认库)

如果要修改一个.c文件，只需要将对应新生成的.o文件覆盖到.a中，非常方便。

例子：

ar是一个归档程序。

$ ar rcs libc.a atoi.o printf.o … random.o

这样，就可以生成名为libc.a的静态库

然后，如$ gcc –static –o myproc main.o ./mylib.a，则就可以使用（假设自定义的静态库是）mylib.a了！

【注意】在链接的时候，无需特别地指出libc.a的标准库，链接器可以自动查询。

3、若干集合

E 将被合并到一起以组成可执行文件的所有目标文件集合（可执行文件+静态库文件）

U 未解析符号（未不对应定义符号关联的的引用符号）的集合 （符号）

比如说：在一个.o文件用了max(a,b)，但是却没有这个max符号，这个max现在就称作未解析符号。

D 当前已被加入到E的所有目标文件中定义符号的集合（定义符号）

开始E、U、D为空，符号解析过程如下：（扫描文件的顺序：按gcc指令的顺序扫描）

①命令行中文件按照顺序出现，假如现在是f文件，链接器看它是什么文件：

是可重定位目标文件，就将f放到E中，并将f中未解析符号放到U，定义符号放到D。

是静态库文件：链接器尝试把U中所有未解析符号与f中各个目标模块中的定义的符号匹配。如果f中的某个m模块定义了U中的未解析符号x，就将：m放入E，x从U移到D，直到U和D不再变化。又假设f中的模块n，里面的定义符号都没在链接中用到，那么n就被扔了！（随扫随丢）库文件里也有可能存在那种未解析符号，那么就把静态库里的未解析符号也放到U里去。

如图例，处理main.o的时候，先把这个模块放到E中。发现d是定义符号，那么d就加入D，而main.c第8行的d已经被定义了，所以d不会被放到U里面。

②若往D中加入了一个已经存在的符号（双重定义），或扫描完所有文件时U非空，则连接器报错并停止。否则，链接器将生成.o文件，最终U中一定为空，D中符号唯一。

③最终还会自动检索默认库，也是匹配符号的过程。它不需要在 gcc -static 后明显指出。

【注意】链接器对外部引用的解析

①顺序扫描.o和.a，一般把静态库放到后面。如果静态库之间用相互引用关系，则必须按照引用关系在命令行中排列静态库文件，使得：对每个静态库目标模块中的外部引用（定义）的符号，包含其定义的静态库文件排在其后面。【每个静态库中，可能有外引符号，因此，为方便理解：可以把静态库中用到的模块，当成.o文件，理解成库内模块中的未定义符号也放到U。】

我们的目标是：每一个找不到家的孩子找到家，每一个未关联符号U都找到它的定义！

②最终U中一定是空集，D每个符号都是唯一的！

假设调用关系如下：  func.o → libx.a 和 liby.a 中的函数  libx.a → libz.a 中的函数  libx.a 和 liby.a 之间、liby.a 和 libz.a 相互独立  则以下几个命令行都是可行的：（共三种）

func.o → libx.a 和 liby.a 中的函数 libx.a → liby.a 同时 liby.a → libx.a

则下列都可以：（共两种）

【例题】

（1）显然是$ gcc –static –o myproc p.o libx.a liby.a

（2）y和x库相互解析，故为$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a （注意：y里有的符号需要x解析，故继续）  libx.a

（3）先顺着写：

$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a libz.a

发现y也是调用x，x再调用z

那么直接写成：$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a libx.a libz.a

【解读】总之就是被外引的.a一定要在外引的.a的后面！