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C语言:如何给全局变量起一个别名? - IOT物联网小镇

 5 months ago
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作 者:道哥,10+年嵌入式开发老兵,专注于:C/C++、嵌入式、Linux。

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别名是啥玩意?

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?

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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.cplugin.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)。

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
1440498-20220612215544923-127962180.png

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
1440498-20220612215544938-1687554506.png

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 ------

在公众号【IOT物联网小镇】后台回复关键字:20522,即可获取示例代码的下载地址。

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