问题引入

首先是两个测试程序

// foo.c
long long int a;

// bar.c
#include <stdio.h>

int a;
int main(){
    a = 1;
    long long int len = sizeof(a);
    printf("%lld\n", len);
    return 0;
}

将两个程序链接到一起
问题：len等于几？

初步分析

环境：两个程序均为C程序，当前GCC版本为7.5.0，Ubuntu18下

1. foo.c和bar.c中a均为弱符号（ foo.c和bar.c中a均为未初始化的全局变量）
2. 根据多重定义符号的处理规则

   • 可能任选一个

     （袁春风《计算机系统基础》第二版176页，CSAPP第三版471页）

     尝试不同链接顺序：预计输出一个4，一个8
     - gcc foo.c bar.c -o foo_bar
     - gcc bar.c foo.c -o bar_foo
     运行，输出都是4（？？？）

   • 也可能选占用空间最大的一个：应该是8（？？？）

     （《程序员的自我修养》92页）

逐步分析

• 首先分开编译：

  • gcc -c bar.c
  • gcc -c foo.c

• 查看目标文件的符号表：

  • readelf -s bar.o：a大小为4
    

  • readelf -s foo.o：a大小为8
    

  分析：sizeof(a)在编译期间就被处理完了，bar.c中len可以被编译优化为4

• 然后进行链接，与链接顺序无关，所以最终应该输出4

  • gcc bar.o foo.o bar_foo
  • gcc foo.o bar.o foo_bar

• 反汇编看一下：objdump -d bar_foo
  

• 再多看一步，看一下符号表：readelf -s bar_foo
  
  注意到a占用了8个字节，但是最终输出sizeof(a)=4，因为一个在链接阶段进行处理，一个在编译阶段进行处理，这也说明了如果有多个弱符号，最终选个最大的（？）

再分析

将两个程序变一下，重命名为foo.cpp，bar.cpp，编译运行一下
直接链接报错：

再逐步看一下

• 分开编译，看一下符号表
  
  前面a在COMMOM块中，现在a在放在了bss节中（foo.cpp相同）
  

• 强行将变量放到COMMON块中，修改bar.cpp
  

• 再编译，看一下符号表
  
  没问题，之后正常输出4

小结

• 如果是C++程序，对于未初始化的全局变量（称为tentative definition），放在bss节中（相当于编译器默认初始化为0）
  • 如果非要放在common块中，需要在变量前设置属性__attribute__((common))，设置gcc编译选项没用
• 如果是C程序，对于未初始化的全局变量，编译时gcc选项：
  • -fcommon：未初始化的全局变量放在common块中（GCC 9之前默认）
  • -fno-common：未初始化的全局变量放在bss节中（GCC 10之后默认）

参考

为什么访问外部变量不需要extern也可以？
《程序员的自我修养——链接、装载与库》3.5.5节，4.3节
《计算机系统基础》第二版 4.3.2节