弱连接的实际应用有哪些？

Question

使用特殊编译器命令，可以声明符号为弱符号。根据维基百科：

弱符号是指在目标文件或动态库中定义的符号，可能会被其他符号定义覆盖。

在哪些情况下或者应用程序中需要使用弱符号？有哪些典型的用例？

- Bernhard Kausler

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https://ofekshilon.com/2014/02/10/linker-weak-symbols/ - Ofek Shilon

Answer 1

在嵌入式开发中，如果你有一个中断指针向量，那么使用弱链接来获得你不感兴趣的默认中断处理程序非常方便。

这是通过定义一个空处理程序（一次）来实现的，然后为每个需要的中断指针引入一个新的适当命名的符号，该符号与默认处理程序弱链接。

然后，向量填充了这些符号，这些符号将都指向同一实际代码，直到你决定使用相同的（适当的）名称之一来实现其中一个，然后你的代码“压倒”弱链接，导致指向你的代码的指针被安装在中断表中。

这通常是以C和汇编混合的形式实现的，但是使用C伪代码，我们可以有类似以下的内容：

static void placeholder_isr(void)
{
}

/* Introduce properly-named function pointers, with weak linking.
 * NOTE: This syntax is completely fictional as far as I know.
*/
void (*timer1_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");
void (*timer2_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");
void (*usart1_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");
void (*usart2_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");
void (*dma1_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");
void (*dma1_isr)() = placeholder_isr __attribute("weak linking");

/* Declare the table of interrupt handlers. */
static void (*isr_table)[] = {
  timer1_isr,
  timer2_isr,
  usart1_isr,
  usart2_isr,
  dma1_isr,
  dma2_isr,
} __attribute("isr vector"); /* Attribute to place it where it needs to go. */

那么当需要时，您可以直接实现自己的函数：

void timer1_isr(void)
{
  /* Handler ISR from timer1. */
}

不需要更改任何其他内容，它就可以“正常工作”。 当然，只要您的名称是上述“支持代码”所期望的名称。

- unwind

Answer 2

弱链接的一种用途是实现C++标准中的可替换函数。具体来说：

void *operator new(std::size_t);
void *operator new(std::size_t, std::nothrow_t const &) noexcept;
void *operator new[](std::size_t);
void *operator new[](std::size_t, const std::nothrow_t&) noexcept;
void operator delete(void *) noexcept;
void operator delete(void *, std::nothrow_t const &) noexcept;
void operator delete[](void *) noexcept;
void operator delete[](void *, std::nothrow_t const &) noexcept;

这些是必须由实现提供的函数，但如果程序实现了它们，那么程序的实现将替换或覆盖实现版本。通过弱链接很容易实现此功能。

- bames53

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@BernhardKausler提供了一些相关的SO问题，这些问题可能会提供更多的见解：为什么要替换默认的new和delete运算符？ 如何正确地替换全局new和delete运算符 我应该如何编写符合ISO C++标准的自定义new和delete运算符？ - bames53

Answer 3

典型的日常使用情况是内联和模板函数。

例如，使用以下代码片段编译：g++ -shared -fPIC：

extern void a();

inline void foo() { a(); }

void bar() { foo(); }
void baz() { foo(); }

通过使用nm -C ./a.out命令，符号条(bar)和符号baz将被标记为T（正常），而符号foo将被标记为W-弱。

原因：

内联函数和模板可能在头文件中定义，并通常在源码的不同部分定义多次，最终只有一个处于活动状态。

如果不将其标记为弱，则会导致多个"foo"符号的冲突或编译器无法禁用内联。

- Artyom

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因此，大多数模板函数也将是弱函数。 - Matthieu M.

@MatthieuM. 确实，已添加到答案中。 - Artyom

Answer 4

弱属性会使声明被发出为弱符号而不是全局符号。这在定义可以在用户代码中重写的库函数时非常有用，尽管它也可以与非函数声明一起使用。弱符号支持ELF目标，以及在使用GNU汇编器和链接器时的a.out目标。

弱属性示例：

weak.c

extern void foo() __attribute__((weak));

int main() {
if (foo) foo();
} 

foo.c

void foo() {
printf("in foo.\n");
} 

strong.c

extern void foo() ;

int main() {
if (foo) foo();
} 

编译

$ cc weak.c // Compiles OK
$ cc strong.c // undefined reference to `foo'

当"foo"被声明为弱符号时，它的定义可以被省略或者被不同的库所替换，从而实现一种"链接时绑定"。连接器将会用0来填充未定义的弱符号。

- masoud

Answer 5

当你想要在代码的另一部分覆盖函数定义时，通常会使用弱链接。这通常用于规定了例如默认错误处理程序的库中，如果您使用该库，则可以使用自定义函数来覆盖它。

- fuz