C語(yǔ)言中的__attribute__((weak)) 與?attribute?((weakref())

引言：最近在看 linux 中一些驅(qū)動(dòng)代碼。驅(qū)動(dòng)代碼中為了實(shí)現(xiàn)程序的擴(kuò)展性和兼容性用了很多 C 語(yǔ)言中的高級(jí)特性。本節(jié)就來(lái)談一談 C 語(yǔ)言中的弱符號(hào)和弱引用的用法。

弱符號(hào)

弱符號(hào)是指在定義或者聲明一個(gè)對(duì)象（變量、結(jié)構(gòu)體成員、函數(shù)）時(shí)，在對(duì)象的前面添加?__attribute__((weak))?標(biāo)志所得到的對(duì)象符號(hào)。如下所示函數(shù)即為一個(gè)弱對(duì)象符號(hào)?void test_weak_attr(void)，或者稱(chēng)該函數(shù)是弱函數(shù)屬性的、虛函數(shù)。

__attribute__((weak)) void test_weak_attr(void)
// 或者使用如下樣式的定義，兩者等效
void __attribute__((weak)) test_weak_attr(void)
{
    printf("Weak Func!\r\n");
}

弱符號(hào)的作用與示例

弱符號(hào)是相對(duì)于強(qiáng)符號(hào)而言的，在定義或者聲明變量、函數(shù)時(shí)，未添加?__attribute__((weak))?標(biāo)識(shí)的就默認(rèn)為強(qiáng)符號(hào)。如下，最普通的函數(shù)定義，就是定義了一個(gè)強(qiáng)符號(hào) void test_strong_ref(void)：

void test_weak_attr(void)
{
    printf("this is a strong func\r\n");
}

驅(qū)動(dòng)程序往往需要考慮兼容性，因?yàn)橐嫒魏芏鄰S商的不同型號(hào)的設(shè)備。若驅(qū)動(dòng)程序中使用強(qiáng)符號(hào)定義一些與適配的設(shè)備的特性相關(guān)的功能，則下次適配其他設(shè)備時(shí)，該強(qiáng)符號(hào)函數(shù)可能需要被修改，以兼容新的設(shè)備。當(dāng)適配的設(shè)備很多時(shí)，頻繁地更改驅(qū)動(dòng)代碼將破壞驅(qū)動(dòng)的可維護(hù)性。

弱符號(hào)的出現(xiàn)可以很好地解決該問(wèn)題。弱符號(hào)的對(duì)象具有可以被重定義的功能（即可以被重載）。下面通過(guò)測(cè)試說(shuō)明弱符號(hào)這種可被重載的特性。

在 test_weak_attr.c 程序中定義如下弱函數(shù)：

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

__attribute__((weak)) void test_weak_attr(void)
{
    printf("this is a weak func\r\n");
}

在 main.c 中定義如下程序：

// main.c
void test_weak_attr(void)
{
    printf("this is a strong func\r\n");
}

void app_main(void)
{
    printf("init done\r\n");
    
    test_weak_attr();
}

編譯運(yùn)行該 main.c 程序，得到的結(jié)果是什么樣子的呢？

this is a strong func

將 main.c 中的 void test_weak_attr(void) 函數(shù)注釋掉，再重新編譯運(yùn)行程序得到的結(jié)果是：

this is a weak func

小結(jié)：在使用弱符號(hào)函數(shù)時(shí)，我們可以重新定義一個(gè)同名的強(qiáng)符號(hào)函數(shù)來(lái)替代它；若沒(méi)有重新定義一個(gè)強(qiáng)函數(shù)來(lái)替換它，就使用弱函數(shù)的實(shí)現(xiàn)。弱函數(shù)就好像是一個(gè)可以被替換的“默認(rèn)函數(shù)”。

值得一提的是，舊版本的編譯器還可以使用如下方式的定義（僅聲明無(wú)效）將一個(gè)對(duì)象定義為一個(gè)弱對(duì)象：

__weak void f(void)
{
//code
}

在 linux 的一些代碼中，__weak?其實(shí)就是通過(guò)?__attribute__((weak))的重命名，兩者等效。

弱引用

弱引用是在聲明一個(gè)對(duì)象時(shí)，通過(guò)__attribute__ ((weakref())?定義一個(gè)符號(hào)的引用關(guān)系。如下所示即定義 test_weakref() 函數(shù)弱引用 test_weak_ref() 函數(shù)。

static void test_weakref(void) __attribute__ ((weakref("test_weak_ref")));

弱引用是相對(duì)于強(qiáng)引用而言的。未通過(guò)?__attribute__ ((weakref())?的符號(hào)和實(shí)現(xiàn)代碼之間的關(guān)系是強(qiáng)引用。如下即為一個(gè)強(qiáng)引用函數(shù)。它直接給出了 函數(shù) test_strong_ref(void) 的實(shí)現(xiàn)。

static void test_strong_ref(void)
{
    printf("this is a strong ref\r\n");
}

在編譯程序的時(shí)候，我們可以直接使用 test_strong_ref(void) 而不必?fù)?dān)心編譯不通過(guò)。如果，我沒(méi)有時(shí)間去實(shí)現(xiàn) test_strong_ref(void) ，還想在程序里先使用該函數(shù)那該如何呢？（是的，就是想白嫖，不想實(shí)現(xiàn)，還想先在程序里使用這個(gè)函數(shù)）。

這個(gè)時(shí)候弱引用就派上用場(chǎng)了。可以先將該函數(shù)定義為弱引用插入到代碼中，待后期有時(shí)間再慢慢優(yōu)化代碼實(shí)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)完整的功能。下面結(jié)合測(cè)試進(jìn)行說(shuō)明。

測(cè)試代碼1：

static void test_weakref(void) __attribute__ ((weakref("test_weak_ref")));
void app_main(void)
{
    printf("init done\r\n");
    if (test_weakref) {
        test_weakref();
    } else {
        printf("There is no weakref\r\n");
    }
}

測(cè)試結(jié)果：

There is no weakref

測(cè)試代碼2：

void test_weak_ref(void)
{ 
    printf("this is a weak ref\n");
}
static void test_weakref(void) __attribute__ ((weakref("test_weak_ref")));
void app_main(void)
{
    printf("init done\r\n");
    if (test_weakref) {
        test_weakref();
    } else {
        printf("There is no weakref\r\n");
    }
}

測(cè)試結(jié)果：

this is a weak ref

小結(jié)： 強(qiáng)引用，在未定義該強(qiáng)引用的實(shí)現(xiàn)時(shí)，編譯會(huì)報(bào)錯(cuò)誤：未定義的引用。弱引用允許定義一個(gè)未實(shí)現(xiàn)（未實(shí)例化）的對(duì)象，這在編譯的時(shí)候會(huì)將該對(duì)象處理成?NULL，編譯器并不會(huì)報(bào)錯(cuò)。通過(guò)使用弱引用可以實(shí)現(xiàn)后期優(yōu)化代碼的功能。而避免改動(dòng)使用該函數(shù)的地方。使用弱函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似“鉤子（hook）"函數(shù)的功能。

實(shí)際上，包括C、python、go 編程語(yǔ)言在內(nèi)的很多語(yǔ)言 都有類(lèi)似用法，本篇文章敘述的方法同樣適用于這些語(yǔ)言的相關(guān)開(kāi)發(fā)。

注意：弱引用僅在靜態(tài)編譯中有效，動(dòng)態(tài)鏈接中可能無(wú)效。

總結(jié)

弱符號(hào)、弱引用都是增強(qiáng)程序的可維護(hù)性的方法。弱符號(hào)通過(guò)可以被重定義的特性，實(shí)現(xiàn)可以被替換實(shí)現(xiàn)。弱引用通過(guò)可以暫時(shí)使用一個(gè)未定義的函數(shù)的功能，實(shí)現(xiàn)允許后期再實(shí)現(xiàn)該函數(shù)具體功能，而不必?fù)?dān)心編譯不通過(guò)。