C语言：如何给全局变量起一个别名？

Posted 2022-06-14 IOT物联网小镇

文章目录

• • 别名是啥玩意？
  • 方法1：反向注册
  • • • plugin.c 源文件
      • main.c 源文件
  • 【关于作者】
  • 方法2：嵌入汇编代码
  • • • ` plugin.c `源文件
      • ` main.c `源文件
  • 小结

别人的经验，我们的阶梯！

别名是啥玩意？

在stackoverflow上看到一个有趣的话题：如何给一个变量设置一个别名?（How to assign to a variable an alias?）

所谓的变量别名，就是通过通过不同的标识符，来表示同一个变量。

我们知道，变量名称是给程序员使用的。

在编译器的眼中，所有的变量都变成了地址。

请注意：这里所讨论的别名，仅仅是通过不同的标识符来引用同一个变量。

与强符号、弱符号没有关系，那是另一个话题。

在上面这个帖子中，作者首先想到的是通过宏定义，对变量进行重新命名。

这样的做法，将会在编译之前的预处理环节，把宏标识符替换为变量标识符。

在网友回复的答案中，大部分都是通过指针来实现：让不同的标识符指向同一个变量。

不管怎么说，这也算是一种别名了。

但是，这些答案有一个局限：这些代码必须一起进行编译才可以，否则就可能出现无法找到符号的错误信息。

现在非常流行插件编程，如果开发者想在插件中通过一个变量别名来引用主程序中的变量，这该如何处理呢？

本文提供两个方法来实现这个目的，并通过两个简单的示例代码来进行演示。

文末有示例代码的下载地址。

方法1：反向注册

之前我接触过一些CodeSys的代码，里面的代码质量真的是非常的高，特别是软件架构设计部分。

传说：CodySys 是工控界的 android。

其中有个反向注册的想法，正好可以用在变量别名上面。

示例代码中一共有 2 个文件：main.c和plugin.c。

main.c中定义了一个全局变量数组，编译成可执行程序main。

plugin.c中通过一个别名来使用main.c中的全局变量。

plugin.c被编译成一个动态链接库，被可执行程序main动态加载(dlopen)。

在plugin.c中，提供一个函数func_init，当动态库被main dlopen之后，这个函数就被调用，并且把真正的全局变量的地址通过参数传入。

这样的话，在插件中就可以通过一个别名来使用真正的变量了（比如：修改变量的值）。

本质上，这仍然是通过指针来进行引用。

只不过利用动态注册的思想，把指针与变量的绑定关系在时间和空间上进行隔离。

plugin.c 源文件

#include <stdio.h>

int *alias_data = NULL;

void func_init(int *data)

	printf("libplugin.so: func_init is called. \\n");
	alias_data = data;


void func_stage1(void)

	printf("libplugin.so: func_stage1 is called. \\n");
	if (alias_data)
	
		alias_data[0] = 100;
		alias_data[1] = 200;
	

main.c 源文件

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>	

// defined in libplugin.so
typedef void (*pfunc_init)(int *);
typedef void (*pfunc_stage1)(void);

int data[100] =  0 ;


void main(void)

	data[0] = 10;
	data[1] = 20;

	printf("data[0] = %d \\n", data[0]);
	printf("data[1] = %d \\n", data[1]);
	
	// open libplugin.so
	void *handle = dlopen("./libplugin.so", RTLD_NOW);
	if (!handle)
	
		printf("dlopen failed. \\n");
		return;
	

	// get and call init function in libplugin.so
	pfunc_init func_init =  (pfunc_init) dlsym(handle, "func_init");
	if (!func_init)
	
		printf("get func_init failed. \\n");
		return;
	
	func_init(data);

	// get and call routine function in libplugin.so
	pfunc_stage1 func_stage1 =  (pfunc_stage1) dlsym(handle, "func_stage1");
	if (!func_stage1)
	
		printf("get func_stage1 failed. \\n");
		return;
	
	func_stage1();

	printf("data[0] = %d \\n", data[0]);
	printf("data[1] = %d \\n", data[1]);

	return;

编译指令如下：

gcc -m32 -fPIC --shared plugin.c -o libplugin.so
gcc -m32 -o main main.c -ldl

执行结果：

data[0] = 10 
data[1] = 20 
libplugin.so: func_init is called. 
libplugin.so: func_stage1 is called. 
data[0] = 100 
data[1] = 200

可以看一下动态链接库的符号表：

readelf -s libplugin.so | grep data

可以看到alias_data标识符，并且是在本文件中定义的全局变量。

【关于作者】

号主：道哥，十多年的嵌入式开发老兵，专注于嵌入式 + Linux 领域，玩过单片机、搞过智能家居、研究过 PLC 和 工业机器人，项目开发经验非常丰富。

他的文章主要包括 C/C++、Linux操作系统、物联网、单片机和嵌入式这几个方面。

厚积薄发、换位思考，以读者的角度来总结文章。

每一篇输出，不仅仅是干货的呈现，更是引导你一步一步的深入思考，从底层逻辑来提升自己。

方法2：嵌入汇编代码

在动态加载的插件中使用变量别名，除了上面演示的动态注册的方式，还可以通过嵌入汇编代码来: 设置一个全局标号来实现。

直接上示例代码：

plugin.c源文件

#include <stdio.h>

asm(".Global alias_data");
asm("alias_data = data");

extern int alias_data[];

void func_stage1(void)

	printf("libplugin.so: func_stage1 is called. \\n");
	
	*(alias_data + 0) = 100;
	*(alias_data + 1) = 200;

main.c源文件

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <dlfcn.h>	

// defined in libplugin.so
typedef void (*pfunc_init)(int *);
typedef void (*pfunc_stage1)(void);

int data[100] =  0 ;


void main(void)

	data[0] = 10;
	data[1] = 20;

	printf("data[0] = %d \\n", data[0]);
	printf("data[1] = %d \\n", data[1]);
	
	// open libplugin.so
	void *handle = dlopen("./libplugin.so", RTLD_NOW);
	if (!handle)
	
		printf("dlopen failed. \\n");
		return;
	

	// get and call routine function in libplugin.so
	pfunc_stage1 func_stage1 =  (pfunc_stage1) dlsym(handle, "func_stage1");
	if (!func_stage1)
	
		printf("get func_stage1 failed. \\n");
		return;
	
	func_stage1();

	printf("data[0] = %d \\n", data[0]);
	printf("data[1] = %d \\n", data[1]);

	return;

编译指令：

gcc -m32 -fPIC --shared plugin.c -o libplugin.so
gcc -m32 -rdynamic -o main main.c -ldl

执行结果：

data[0] = 10 
data[1] = 20 
libplugin.so: func_stage1 is called. 
data[0] = 100 
data[1] = 200 

也来看一下libplugin.so中的符号信息：

readelf -s libplugin.so | grep data

小结

这篇文档通过两个示例代码，讨论了如何在插件中(动态链接库)，通过别名来访问真正的变量。

不知道您会不会有这样的疑问：直接使用extern来声明一下外部定义的变量不就可以了，何必这么麻烦？

道理是没错！

但是，在一些比较特殊的领域或场景中(比如一些二次开发中)，这样的需求是的确存在的，而且是强需求。

如果你有任何疑问，或者文中有任务错误，欢迎留言讨论、指正。

------ End ------

推荐阅读

【1】《Linux 从头学》系列文章

【2】C语言指针-从底层原理到花式技巧，用图文和代码帮你讲解透彻

【3】原来gdb的底层调试原理这么简单

【4】Linux中对【库函数】的调用进行跟踪的3种【插桩】技巧

【5】内联汇编很可怕吗？看完这篇文章，终结它！

【6】gcc编译时，链接器安排的【虚拟地址】是如何计算出来的？

【7】GCC 链接过程中的【重定位】过程分析

【8】Linux 动态链接过程中的【重定位】底层原理

其他系列专辑：精选文章、应用程序设计、物联网、 C语言。