ARM中關(guān)鍵字的具體使用

今天在使用 Keil （主要是 armcc 編譯器）編譯代碼（華大的 MCU 驅(qū)動(dòng)庫(kù)hc32f46x_interrupts.h / c）的時(shí)候遇到了有 __weak 關(guān)鍵字的函數(shù)不起作用的問題，甚是奇怪。之前對(duì)于 __weak 關(guān)鍵字一直是一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)知：「編譯器自動(dòng)使用沒有 __weak 的同名函數(shù)（如果有的話）替換有 __weak 關(guān)鍵字的同名函數(shù)，__weak 函數(shù)可以沒有定義，且編譯器不會(huì)報(bào)錯(cuò)！」 至于這個(gè)參數(shù)詳細(xì)的使用細(xì)節(jié)一直是一知半解，今天借此機(jī)會(huì)，以 GCC 作為對(duì)比，來(lái)學(xué)習(xí)一下 ARM 中的 __weak 關(guān)鍵字的具體使用！

來(lái)源

使用過 GCC 以及有 linux 編程經(jīng)驗(yàn)的人，對(duì)于這個(gè)關(guān)鍵字應(yīng)該不陌生。GNU 的編譯器（gcc）擴(kuò)展了一個(gè)關(guān)鍵字 __attribute__，通過該關(guān)鍵字，用戶可以在聲明時(shí)指定特殊的屬性，使用時(shí)該關(guān)鍵字后跟雙括號(hào)內(nèi)的屬性，例如：__attribute__((屬性名字))。屬性名字都是定義好的，Weak 屬性就是其中之一：__attribute__((weak))。在 linux 源碼中，該關(guān)鍵字非常常見：



GCC 不多介紹，重點(diǎn)關(guān)注 ARM。在 ARM 編譯器（armcc）中，支持和 GCC 相同的關(guān)鍵字 __attribute__，使用方式也基本相同，如下：

__attribute__((attribute1,attribute2,...))//例如：void*Function_Attributes_malloc_0(intb)__attribute__((malloc));
__attribute__((__attribute1__,__attribute2__,...))//例如：staticintb__attribute__((__unused__));
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當(dāng)函數(shù)屬性發(fā)生沖突時(shí)，編譯器將使用更安全或更強(qiáng)的一個(gè)

除此之外，ARM 編譯器（armcc）還擴(kuò)展了一個(gè)關(guān)鍵字 __weak，例如：__weak void f(void); 或者 __weak int i;。ARM 的匯編器（armasm）以另一種方式 [WEAK] 支持該特性。

「注意：」在許多源碼中，經(jīng)常通過宏定義的形式來(lái)定義關(guān)鍵字，例如 上面linux 中的 __weak 就是 宏定義的 __attribute__((weak))

強(qiáng)/弱符號(hào)

在 GCC 中，被 __attribute__((weak)) 修飾的符號(hào)，我們稱之為 「弱符號(hào)（Weak Symbol）」。例如：弱函數(shù)、弱變量；沒有 __attribute__((weak)) 修飾的符號(hào)被稱為「強(qiáng)符號(hào)」。在 ARM 中，沒有弱符號(hào)和強(qiáng)符號(hào)這種叫法，只有個(gè)「弱引用（Weak References）」 和 「非弱引用（non-weak reference ）」 、 「弱定義（Weak definitions）」 和 「非弱定義（non-weak definition）」 的介紹章節(jié)。

編譯器和匯編器都可以輸出弱符號(hào)。

非弱引用

非弱引用就是我們平常使用的對(duì)于非弱函數(shù)或者弱變量的引用。如果鏈接器無(wú)法在到目前為止已加載內(nèi)容中解析對(duì)正常非弱符號(hào)的引用問題，則 「它會(huì)嘗試通過在庫(kù)中找到符號(hào)」 來(lái)解決此問題：

如果找不到此類引用，則鏈接器將報(bào)告錯(cuò)誤。

如果解析了這樣的引用，則從入口點(diǎn)可以通過至少一個(gè)非弱引用來(lái)訪問的節(jié)區(qū)被標(biāo)記為已使用。這樣可以確保鏈接器不會(huì)將該節(jié)作為未使用的節(jié)刪除。 每個(gè)非弱引用都必須通過一個(gè)定義來(lái)解決。 如果有多個(gè)定義，則鏈接器將報(bào)告錯(cuò)誤。

弱引用

「引用弱聲明的函數(shù)或者變量的引用即為弱引用。」 鏈接器不會(huì)從庫(kù)中加載對(duì)象來(lái)解析弱引用。僅當(dāng)由于其他原因在鏡像中包含了定義時(shí)，它才能解析弱引用。「弱引用不會(huì)導(dǎo)致鏈接器將包含定義的節(jié)區(qū)標(biāo)記為已使用，因此鏈接器可能會(huì)將其標(biāo)記為未使用而刪除。」

__weak

__weak 關(guān)鍵字可以應(yīng)用于函數(shù)和變量的聲明以及函數(shù)定義。

聲明

__weak 可以用于函數(shù)聲明或者變量的聲明。對(duì)于聲明，此存儲(chǔ)類指定一個(gè) extern 對(duì)象聲明，即使該對(duì)象不存在，對(duì)于該聲明的引用也不會(huì)導(dǎo)致鏈接器對(duì)未解析的引用（找不到定義的引用）當(dāng)做錯(cuò)誤來(lái)處理。??如果「在當(dāng)前編譯單元中」可以找到 __weak 聲明定義，則會(huì)用找到的定義替換 __weak 引用；對(duì)于找不到定義 __weak 的聲明（函數(shù)或變量，如上圖的 FuncB），編譯器做如下處理：

引用被解析為分支連接指令 BL。等效于將被引用的分支為 NOP

直接將引用替換為 NOP 指令

注意：必須是在當(dāng)前編譯單元，不再當(dāng)前編譯單元的沒有意義（例如 ExtFuncA 在 main.c 中只有__weak 聲明，但是沒有定義）。具體看下圖的測(cè)試代碼：



「注意：用 __weak 聲明然后不使用 __weak 定義的函數(shù)的行為相當(dāng)于非弱函數(shù)?！?這與 _attribute__((weak)) 關(guān)鍵字不同！

定義

用 __weak 定義的函數(shù)弱輸出其符號(hào)。弱定義的函數(shù)的行為類似于正常定義的函數(shù)，除非將同名的非弱定義的函數(shù)鏈接到同一鏡像中。 如果在同一鏡像中同時(shí)存在非弱定義函數(shù)和弱定義函數(shù)，則對(duì)該函數(shù)的所有調(diào)用都會(huì)解析為調(diào)用非弱函數(shù)，否則直接使用弱定義的函數(shù)（與上面的若聲明不同）。??如果可以使用多個(gè)弱定義，則除非使用鏈接器選項(xiàng) --muldefweak，否則鏈接器會(huì)生成一條錯(cuò)誤消息。在這種情況下，鏈接器隨機(jī)選擇一個(gè)供所有調(diào)用來(lái)使用。使用方式如下：

/*a.h?。。∽⒁馑谖募煌。?！*/
voidFuncA(void);
voidFuncB(void);

/*a.c！?。∽⒁馑谖募煌。。?/
voidFuncA(void)
{
FuncB();/*這里將替換為main.c中的FuncB*/
}

__weakvoidFuncB(void)/*弱定義*/
{

}

/*main.c?。?！注意所在文件不同！??！*/
voidFuncB(void)
{

}

intmain(void)
{
FuncB();
}
12345678910111213141516171819202122232425

注意，函數(shù)的聲明一定不能添加 __weak 關(guān)鍵字。具體如下圖：

「注意：用 __weak 聲明然后不使用 __weak 定義的函數(shù)的行為相當(dāng)于非弱函數(shù)?！?這與 _attribute__((weak)) 關(guān)鍵字不同！

限制

函數(shù)或變量不能在同一編譯中同時(shí)弱和非弱地使用。

voidf(void);

voidg()
{
f();/*非弱函數(shù)引用*/
}

__weakvoidf(void);

voidh()
{
f();/*弱函數(shù)引用*/
}
12345678910111213

不能在定義函數(shù)或變量的同一編譯中使用弱函數(shù)或弱變量，如下將導(dǎo)致編譯錯(cuò)誤（正確的使用方式參考上面的使用示例）：

/*a.c如下同一文件中的定義及使用將報(bào)錯(cuò)*/
__weakvoidf(void);

voidh()
{
f();
}

voidf()
{

}
123456789101112

弱函數(shù)不能是內(nèi)聯(lián)函數(shù)

「attribute」((weak))

__attribute__關(guān)鍵字使您可以指定變量或結(jié)構(gòu)字段，函數(shù)和類型的特殊屬性（與具體屬性）。該關(guān)鍵字的作用與 __weak 的作用基本是一樣的，在使用時(shí)有些不同，此外在某些情況下，編譯的處理也有些區(qū)別。

聲明

??這個(gè)參數(shù)是 GUN 編譯器的一個(gè)擴(kuò)展，ARM 編譯器也支持該關(guān)鍵字。__attribute__((weak)) 可以聲明弱變量，并且其聲明方式與 __weak 相比更加靈活。除了 __weak 的聲明方式，我們還可以用 extern int Variable_Attributes_weak_1 __attribute__((weak));??_attribute__((weak)) 可以聲明弱函數(shù)，其聲明方式與 __weak 相比更加靈活。除了 __weak 的聲明方式，我們還可以用 extern int Function_Attributes_weak_0 (int b) __attribute__((weak));。

??任何包含了 __attribute__((weak)); 聲明的文件的中的同名函數(shù)定義，都將被當(dāng)做弱函數(shù)。如下圖：

開篇提出的問題就是因?yàn)樯蠄D所示的這種情況！

「注意：用 __attribute__((weak)) 聲明然后不使用 __attribute__((weak)) 進(jìn)行定義的函數(shù)的行為就像是弱函數(shù)?！?這與 __weak 關(guān)鍵字的用法不同。

在 GNU 模式中需要 extern 限定符。在非 gnu 模式下，編譯器假設(shè)如果變量不是 extern，那么它將像對(duì)待其他非弱變量一樣對(duì)待。

定義

用 __attribute__((weak)) 定義的函數(shù)弱輸出其符號(hào)（與 __weak 相同）。其使用方式有以下兩種：

__attribute__((weak))voidFuncA(void)
{
printf("WeakFuncA!
");
}
/*或者*/
void__attribute__((weak))FuncA(void)
{
printf("WeakFuncA!
");
}
123456789

「注意：用 __attribute__((weak)) 聲明然后不使用 __attribute__((weak)) 進(jìn)行定義的函數(shù)的行為就像是弱函數(shù)?！?這與 __weak 關(guān)鍵字的用法不同。除此之外，沒有啥不同，這里不再多說！

區(qū)別

如上介紹，__weak 和 __attribute__((weak)) 在聲明和定義的時(shí)候，其所處的位置有不同。

__weak 僅在函數(shù)定義中使用時(shí)才會(huì)生成弱函數(shù)。而在任何情況下（聲明和定義） __attribute__((weak)) 都會(huì)生成弱函數(shù)，無(wú)論是用于函數(shù)定義還是用于函數(shù)聲明中！

審核編輯：湯梓紅