通过未初始化全局变量，研究BSS段和COMMON段的不同

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最近正在重温《程序员的自我修养》一书，由于水平比以前有所提升，所以读书的收获也不一样。

下面针对该书3.3.3节BSS段的内容进行更细节的探讨——该节内容不在本文中重复说明了，只说一下结论。对于全局变量来说，如果初始化了不为0的值，那么该全局变量则被保存在data段，如果初始化的值为0，那么将其保存在bss段，如果没有初始化，则将其保存在common段，等到链接时再将其放入到BSS段。关于第三点不同编译器行为会不同，有的编译器会把没有初始化的全局变量直接放到BSS段。

关于上面这个结论，我就不重复进行探讨了，下面探讨一下更细节点的问题。从上面的内容上看，尽管未初始化的全局变量有可能在编译阶段被保存在common段，但是最终还是会放到BSS段。那么我们是否可以将未初始化的全局变量与初始为0的全局变量等同起来呢？

请看下面的代码：

文件test1.c:

1. #include <stdio.h>
2. 
   
3. int init = 0;
   
4. 
   
5. void init1()
   
6. {
   
7.     if (0 == init) {
   
8.         init = 1;
   
9.         printf("init1\n");
10.     }
    
11. }

编译gcc -g -c test1.c

文件test2.c:

1. #include <stdio.h>
2. 
   
3. int init = 1;
   
4. 
   
5. void init2()
   
6. {
   
7.     if (init) {
   
8.         init = 0;
   
9.         printf("init2\n");
10.     }
    
11. }

编译gcc -g -c test2.c

文件main.c

1. void init1();
   
2. void init2();
   
3. 
   
4. 
   
5. int main()
   
6. {
   
7.     init1();
   
8.     init2();
   
9. 
   
10.     return 0;
    
11. }

编译gcc -g -o test main.c test1.o test2.o

这时会报错

1. test2.o:(.data+0x0): multiple definition of `init'
   
2. test1.o:/root/work/test/test1.c:4: first defined here
   
3. collect2: ld returned 1 exit status

这个报错大家都可以接受吧？OK，那么现在我们做一个小小的改动，将文件test1.c中的int init = 0改为int init，对于test1.c来说，这个改动不影响其逻辑，因为init如果未初始化，其值也应该是0。

当前的test1.c

1. #include <stdio.h>
   
2. 
   
3. int init;
   
4. 
   
5. void init1()
   
6. {
   
7.     if (0 == init) {
   
8.         init = 1;
   
9.         printf("init1\n");
   
10.     }
    
11. }

编译gcc -g -c test1.c

gcc -g -Wall -o test main.c test1.o test2.o

这次即使使用-Wall打开所以warning，也没有任何警告和错误，已经生成了输出文件test。

执行test

1. [root@Lnx99 test]#./test
   
2. init2

好，下面探讨一下为什么是这样。第一种情况，当test1.c中的init被初始化为0时，尽管init被放置在bss段，但是它是一个强符号。而test2.c中，定义了init为1，也是一个强符号，所以引发了错误。第二种情况，当test1.c中的init不进行初始化，尽管其值仍然为0，但是其被保存在common段，为一个弱符号。当test2.c中定义了init为1一个强符号，那么在链接的过程中，gcc会用这个强符号覆盖掉弱符号，并不会引起链接冲突错误。但是在运行阶段，进入init1时，这个init的值却并不是其所期望的值，因此导致没有打印init1。

我想关于BSS与COMMON段的这点不同，应该讲得比较清楚了。从这个区别中，我们需要注意，当定义全局变量时，有两点需要注意：一，如果只有本文件使用，那么需要添加上static；二，即使不能使用static，那么一定要为该全局变量定义初值，即使这个值就是0。这样可以保证该变量为强符号，当名字冲突时，可以发现，而不是被未知的值覆盖。三嘛，最好能够避免全局变量，或者定义一个独一无二的名字。

再多说一点，在编译阶段，还可以通过-fno-common选项来禁止将未初始化的全局变量放入到common段。

同样的文件，看下面的编译链接过程：

1. [root@Lnx99 test]#gcc -g -fno-common -c test1.c
   
2. [root@Lnx99 test]#gcc -g -fno-common -c test2.c
   
3. [root@Lnx99 test]#gcc -g -fno-common -o test main.c test1.o test2.o
   
4. test2.o:(.data+0x0): multiple definition of `init'
   
5. test1.o:/root/work/test/test1.c:6: first defined here
   
6. collect2: ld returned 1 exit status