【计算机系统基础】符号表、符号解析（详解）
一、符號、符號表
符號：通俗地說，就是前面跟著類型（如int/void等）的函數名，或變量名。
????????? 注意：這里的變量必須是除了非靜態局部變量之外的其它變量。
所有符號載入史冊——符號表。
分類：
①Global symbols（模塊內部定義的全局符號，又稱全局符號） – 由模塊m定義并能被其他模塊引用的全局符號。
例如，非static函數和非static的全局變量（指不帶static的全局變量）
如，main.c 中的全局變量名buf
②External symbols（外部定義的全局符號，又稱外部符號） – 由其他模塊定義并被模塊m引用的全局符號（標志是extern，extern用來修飾全局變量，即聲明在“最外層”）（要體現引用，否則不會進入符號表）
如，main.c 中的函數名swap是一個外部符號。
i.它是一個聲明，但是也僅僅是告訴鏈接器，這個swap實際上來自外部。
ii.還必須在模塊m中引用，該符號才能出現在符號表里。對swap的引用，則體現在main函數中的swap();中。
當然，考試不會給出只定義/聲明，但后面沒有引用的例子。故了解即可。
【實際上，main里不寫extern都可以，它是個弱符號，后續鏈接會自動把在main里寫到的void swap的真正定義認為在swap.o中。只不過做題時，我們把extern int a這樣的a稱作外部符號（在外面有定義），int a這樣的a稱作全局符號（其在.bss）】
?Local symbols（本模塊的局部符號，又稱本地符號） – 僅由模塊m定義并能被本模塊引用的本地符號。例如，在模塊m中定義的帶static的函數和變量（無論定義變量的位置，是全局還是在函數中，只要變量前面有static，都算是（本地）符號！）
如，swap.c 中的static變量名bufp1
【注】不關心局部變量（當然，也不叫符號）。
如果函數的聲明中帶有關鍵字extern，則暗示這個函數可能在別的模塊里定義，在此處只是一個聲明而非定義（如下區分）。extern...可簡單理解為是引用其他模塊定義過的東西，其變量（函數）名屬于外部符號。它在當前文件的符號表中，在真正定義模塊的.data或.bss節中。
int a; // 定義一個變量, 不初始化int b = 10; // 定義一個變量, 同時進行初始化extern int c; // 聲明一個外部extern的int型變量avoid swap(); //函數的聲明【而非定義】void swap(){ //函數的定義......}【做題總結】找符號，就找前面帶類型的&&(聲明在最外層的 || 前面帶extern的 || 前面帶static的)
如圖：紅為內部（全局）符號，藍為外部（全局）符號，綠為本地符號。
【符號表】
如圖：符號的偏移量或虛擬地址一目了然！
st_size可能是函數（代碼、指令占的字節數）的字節數，也可能是變量所占的字節數，視情況而定。
st_info比較重要，包含的信息很多！
【例如】
main.o
?本圖中，swap是外部函數，它的信息許多未知
在swap.o中
同樣，buf的相關信息，在swap.o中也是未知信息。而且，bufp1是未初始化變量，放在bss中（符號表中描述bufp1滿足4字節對齊，占4個字節，可以理解為.o文件鏈接后映射到存儲器（實則為主存）中，bufp1是4字節對齊，占4個字節）。
二、符號解析【重點！！！】
1、符號定義的實質：為函數名時，指代碼所在區；為變量名時，指所占的靜態數據區。
2、全局符號的解析比較復雜，內部符號解析較簡單。所有定義符號的值，是其目標所在的首地址。
3、強符號/弱符號
接下來所說的全局變量/函數名包括：外部符號（即外部定義的全局符號）和全局符號（即模塊內部定義的全局符號）
已初始化的全局變量名、全局函數名是強符號
未初始化的全局變量名和全局函數名【即光聲明不寫具體指令的函數（如前面的extern void swap();中的swap）】，是弱符號
【易錯】本地(static)符號不參與強弱討論。函數的“引用”不算強/弱符號。非靜態局部變量也談不上強/弱符號。
【練習】
p1中的var是強符號，p2中的var是弱符號。
【練習】指出強符號和弱符號
紅框里面是強符號，藍框里面是弱符號。
【做題總結】找強/弱符號，就找帶類型的&&(聲明在最外層的||前面帶extern的)[注意：不包括前面帶static的]；然后看是否初始化 值 或 代碼！
解析有如下規則：
Rule 1: 強符號不能多次定義
– 強符號只能被定義一次，否則鏈接錯誤
Rule 2: 若一個符號被定義為一次強符號和多次弱符號，則按強定義為準
– 對弱符號的引用被解析為其強定義符號
Rule 3: 若有多個弱符號定義，則任選其中一個（一般選第一個）
– 使用命令 gcc –fno-common鏈接時，會告訴鏈接器在遇 到多個弱定義的全局符號時輸出一條警告信息。
【做題總結】找鏈接后符號的真正定義處，若是本地符號，則定義就在本地；若是全局符號（內部/外部），則根據上述規則找真正定義處。
如本題：紅色是強符號，藍色是弱符號。
y一次強定義，一次弱定義
z兩次弱定義
p1一次強定義，一次弱定義
main一次強定義
沒有兩次強定義，因此：鏈接不會報錯
但是，y和z的輸出結果到底是誰？
p1.c中的p1函數，會將左端的y符號賦值為200（雖然y是用的main.c的強定義）
同理，z最后也會因為經過p1()函數，而變成2000.
【典例】
d最終輸出結果如何？
單純編譯p1.c的時候，會認為把1.0給double d（匯編也是浮點指令）。但最終鏈接后，1.0作為浮點數，要放到int d中，因為main.c中d是強符號。具體如下：
d(1.0)的double浮點數為3FF0 0000 0000 0000H，它會把原來int d空間里的數據全部沖掉，換成0000 0000，把原來int x里的數據全部沖掉，變成3FF0 0000，為一個很大的數。如果在main.c中還定義了一個如short f的在.bss的變量，則無需考慮它。.data和.bss雖然說是連續的兩個空間，且.data在低地址，.bss在高地址。但由于.bss的對齊原因，兩者之間有很大的空隙，不會沖刷掉.bss空間的內容。
因此，鏈接可以通過是真的，但是程序結果出錯了。
【規律】待用以賦值的數到底是什么類型的機器數，由本.c來決定（如double），因為這是在匯編及之前就完成的。而真正賦值給的對象，是強符號（同一名稱的符號若都是弱符號，則任選其一）。
注意區分：
整個存儲器鏡像（右圖）從低地址到高地址，是從下往上的（和棧幀一樣）。因此，我們在畫d和x的內容的時候，從下往上也應該是從低地址到高地址。對于.data節而言，先聲明的變量占據低地址空間。
【經驗教訓】別用全局變量，用的時候也要賦初值！多用本地變量（static）。
三、庫
1、避免所有函數在一個源文件中，也不要一個源文件只包括一個函數。要雨露均沾。
2、靜態庫 (.a archive files)
– 將所有相關的目標模塊（.o）打包為一個單獨的庫文件（.a）【包含了許多.o文件】，稱為靜態庫文件 ，也稱存檔文件（archive）
– 在構建可執行文件時只需指定庫文件名，鏈接器會自動到庫中尋找那些應用程序用到的目標模塊，并只把用 到的模塊從庫中拷貝出來
– 在gcc命令行中無需明顯指定C標準庫libc.a(默認庫)
如果要修改一個.c文件，只需要將對應新生成的.o文件覆蓋到.a中，非常方便。
例子：
ar是一個歸檔程序。
$ ar rcs libc.a atoi.o printf.o … random.o
這樣，就可以生成名為libc.a的靜態庫
然后，如$ gcc –static –o myproc main.o ./mylib.a，則就可以使用（假設自定義的靜態庫是）mylib.a了！
【注意】在鏈接的時候，無需特別地指出libc.a的標準庫，鏈接器可以自動查詢。
3、若干集合
E 將被合并到一起以組成可執行文件的所有目標文件集合（可執行文件+靜態庫文件）
U 未解析符號（未不對應定義符號關聯的的引用符號）的集合 （符號）
比如說：在一個.o文件用了max(a,b)，但是卻沒有這個max符號，這個max現在就稱作未解析符號。
D 當前已被加入到E的所有目標文件中定義符號的集合（定義符號）
開始E、U、D為空，符號解析過程如下：（掃描文件的順序：按gcc指令的順序掃描）
①命令行中文件按照順序出現，假如現在是f文件，鏈接器看它是什么文件：
是可重定位目標文件，就將f放到E中，并將f中未解析符號放到U，定義符號放到D。
是靜態庫文件：鏈接器嘗試把U中所有未解析符號與f中各個目標模塊中的定義的符號匹配。如果f中的某個m模塊定義了U中的未解析符號x，就將：m放入E，x從U移到D，直到U和D不再變化。又假設f中的模塊n，里面的定義符號都沒在鏈接中用到，那么n就被扔了！（隨掃隨丟）庫文件里也有可能存在那種未解析符號，那么就把靜態庫里的未解析符號也放到U里去。
如圖例，處理main.o的時候，先把這個模塊放到E中。發現d是定義符號，那么d就加入D，而main.c第8行的d已經被定義了，所以d不會被放到U里面。
②若往D中加入了一個已經存在的符號（雙重定義），或掃描完所有文件時U非空，則連接器報錯并停止。否則，鏈接器將生成.o文件，最終U中一定為空，D中符號唯一。
③最終還會自動檢索默認庫，也是匹配符號的過程。它不需要在 gcc -static 后明顯指出。
【注意】鏈接器對外部引用的解析
①順序掃描.o和.a，一般把靜態庫放到后面。如果靜態庫之間用相互引用關系，則必須按照引用關系在命令行中排列靜態庫文件，使得：對每個靜態庫目標模塊中的外部引用（定義）的符號，包含其定義的靜態庫文件排在其后面。【每個靜態庫中，可能有外引符號，因此，為方便理解：可以把靜態庫中用到的模塊，當成.o文件，理解成庫內模塊中的未定義符號也放到U。】
我們的目標是：每一個找不到家的孩子找到家，每一個未關聯符號U都找到它的定義！
②最終U中一定是空集，D每個符號都是唯一的！
假設調用關系如下：
?func.o → libx.a 和 liby.a 中的函數
?libx.a → libz.a 中的函數
?libx.a 和 liby.a 之間、liby.a 和 libz.a 相互獨立
?則以下幾個命令行都是可行的：（共三種）
func.o → libx.a 和 liby.a 中的函數
libx.a → liby.a 同時 liby.a → libx.a
則下列都可以：（共兩種）
– gcc -static –o myfunc func.o libx.a liby.a libx.a – gcc -static –o myfunc func.o liby.a libx.a liby.a【例題】
（1）顯然是$ gcc –static –o myproc p.o libx.a liby.a
（2）y和x庫相互解析，故為$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a （注意：y里有的符號需要x解析，故繼續）? libx.a
（3）先順著寫：
$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a libz.a
發現y也是調用x，x再調用z
那么直接寫成：$gcc -static -o myproc p.o libx.a liby.a libx.a libz.a
【解讀】總之就是被外引的.a一定要在外引的.a的后面！
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【计算机系统基础】符号表、符号解析（详解）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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