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曜彤.手记

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吉 ICP 备10004938号

GCC 下的 COMMON 块控制


在 GCC 下,我们可以通过 __attribute__((common)) 扩展参数来控制编译器对 C 源码中的未初始化全局变量的处理方式;也可以使用 -fno-common 参数来让编译器关闭 COMMON 块特性的支持。默认情况下,GCC 将采用 COMMON 块来存放未初始化全局变量,这里注意是 C 源代码。

GCC 版本:

Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/9/lto-wrapper
OFFLOAD_TARGET_NAMES=nvptx-none:hsa
OFFLOAD_TARGET_DEFAULT=1
Target: x86_64-linux-gnu
Configured with: ../src/configure -v –with-pkgversion=’Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2’ –with-bugurl=file:///usr/share/doc/gcc-9/README.Bugs –enable-languages=c,ada,c++,go,brig,d,fortran,objc,obj-c++,gm2 –prefix=/usr –with-gcc-major-version-only –program-suffix=-9 –program-prefix=x86_64-linux-gnu- –enable-shared –enable-linker-build-id –libexecdir=/usr/lib –without-included-gettext –enable-threads=posix –libdir=/usr/lib –enable-nls –enable-clocale=gnu –enable-libstdcxx-debug –enable-libstdcxx-time=yes –with-default-libstdcxx-abi=new –enable-gnu-unique-object –disable-vtable-verify –enable-plugin –enable-default-pie –with-system-zlib –with-target-system-zlib=auto –enable-objc-gc=auto –enable-multiarch –disable-werror –with-arch-32=i686 –with-abi=m64 –with-multilib-list=m32,m64,mx32 –enable-multilib –with-tune=generic –enable-offload-targets=nvptx-none,hsa –without-cuda-driver –enable-checking=release –build=x86_64-linux-gnu –host=x86_64-linux-gnu –target=x86_64-linux-gnu
Thread model: posix
gcc version 9.3.0 (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2)

首先给出这样一段 C 代码(COMMON 块在 C++ 中没有定义一致性的行为,因此不推荐在 C++ 代码中使用。未初始化的全局变量在 C++ 会被直接放入 .bss 段):

// main.c
#include <stdio.h>
int gUinitIntVal;
extern int externIntVar;
__attribute__((weak)) int weakUintIntVar;
int main(int argc, char** argv) {
  printf("%d %d %d", gUinitIntVal, externIntVar, weakUintIntVar);
  return 0;
}

使用 GCC 编译并查看输出目标文件的符号表:

gcc -c main.c -o main.o
readelf -s main.o

部分结果如下:

Symbol table '.symtab' contains 26 entries:
   Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND 
...
    10: 0000000000000004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM gUinitIntVal
    11: 0000000000000000     4 OBJECT  WEAK   DEFAULT    4 weakUintIntVar
    12: 0000000000000000    63 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
    13: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND externIntVar
...

可以看到,在默认情况下编译器会将未初始化的全局变量放置到 COM(COMMON)段中(Clang / GCC 效果一致)。而弱符号(无定义的)则被放置到 .bss(4) 段中,并且为其分配相应的空间。使用 “extern” 标记的外部引用符号则不分配空间。相应的,此时若我们为弱符号 weakUintIntVar 给予一个初值,则该符号对应的内存将会被分配在 .data(3) 段中。

按照链接器在处理 COMMON 块中符号的规则:同名的 COMMON 段符号会选取符号表中 Size(st_size 字段)较大的那一个。因此当我们有如下另外一个目标文件源代码,并将其与上述目标文件进行链接后,生成的可执行文件中的符号 gUinitIntVal 其大小便为 4。

// module.cc
char gUinitIntVal;
int externIntVar = 100;

当然,我们也可以通过为 GCC 传递参数 “-fno-common” 参数来让编译器将 C 源代码中的未初始化的全局变量直接放置到 .bss 段。这对于需要保持较高运行性能的程序可能会有一定的帮助(以下引用来自 GCC 帮助文档):

Compiling with -fno-common is useful on targets for which it provides better performance, …

关于编译器扩展 __attribute__((common)) 的用法一般而言很少用到,可以想到的是这样一种应用场景:使用 C++ 编写的主程序文件想要与已有的 C 静态库进行链接,并且该 C 静态库中有被放置于 COMMON 块中的未初始化的全局变量,而为了能够让链接器完成符号的决议过程,而不是被主程序中的强符号覆盖,这里我们可以在 C++ 主程序中,将同名的未初始化的全局变量用上述扩展进行标记,以强制(默认在 C++ 下,未初始化的全局变量会被放入 .bss 段中)将该符号放置于 COMMON 块中参与决议,即 COMMON 块中的符号决议流程。

注:只有在 C 源代码中的未初始化的全局变量才可以被定义成 COMMON 段中的符号。



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