シンボル解決

シンボル解決は、簡単で直感的に分かるものから、複雑で当惑するようなものまで、すべての範囲を実行します。解決は、リンカーによって自動的に実行されるか、警告診断プログラムを伴って表示されるか、またはその結果、重大なエラー状態になります。

2 つのシンボルの解決は、シンボルの属性、シンボルを入手したファイルのタイプおよび生成されるファイルのタイプによって異なります。シンボルの属性についての詳細は、シンボルテーブルセクションを参照してください。ただし、以下に説明するシンボルタイプは、識別する価値のある 3 つの基本的なシンボルタイプです。

• 未定義シンボル – このシンボルは、ファイル内で参照されましたが、記憶領域アドレスが割り当てられていません。

• 一時的シンボル – このシンボルは、ファイル内で作成されましたが、まだサイズが決められていないか、または記憶領域内に割り当てられていません。このようなシンボルは、初期化されていない C シンボル、または FORTRAN COMMON ブロックとしてファイル内に表示されます。

• 定義シンボル – このシンボルは、作成されてからファイル内の記憶領域アドレスおよびスペースが割り当てられています。

シンボル解決の最も単純な形では、優先度が比較されます。つまり、定義シンボルは一時的シンボルよりも優先され、一時的シンボルは未定義シンボルよりも優先されます。

次の C コードの例では、これらのシンボルタイプがどのようにして生成されるかを示しています。 未定義シンボルには接頭辞 u_ が、一時的シンボルには接頭辞 t_ が、定義シンボルには接頭辞 d_ がそれぞれ付いています。

$ cat main.c
extern int      u_bar;
extern int      u_foo();

int             t_bar;
int             d_bar = 1;

d_foo()
{
        return (u_foo(u_bar, t_bar, d_bar));
}
$ cc -o main.o -c main.c
$ nm -x main.o

[Index]   Value      Size      Type  Bind  Other Shndx   Name
...............
[8]     |0x00000000|0x00000000|NOTY |GLOB |0x0  |UNDEF  |u_foo
[9]     |0x00000000|0x00000040|FUNC |GLOB |0x0  |2      |d_foo
[10]    |0x00000004|0x00000004|OBJT |GLOB |0x0  |COMMON |t_bar
[11]    |0x00000000|0x00000000|NOTY |GLOB |0x0  |UNDEF  |u_bar
[12]    |0x00000000|0x00000004|OBJT |GLOB |0x0  |3      |d_bar

単純な解決

単純なシンボル解決は、ごく日常的に発生する解決で、類似した特徴を持つ 2 つのシンボルが検出され、一方のシンボルが他方のシンボルよりも優先される場合に実行されます。このシンボル解決は、リンカーによって自動的に実行されます。たとえば、同じ結びつきを伴う複数のシンボルでは、あるファイルから未定義シンボルへの参照は結合されるか、または他のファイルからの定義シンボルまたは一時的シンボル定義によって満たされます。あるいは、あるファイルからの一時的シンボル定義は、他のファイルからの定義シンボルの定義に結合されます。

解決されるシンボルは、大域結合またはウィーク結合されます。ウィーク結合の方が、大域結合よりも優先度が低くなります。そのため、異なる結合を伴うシンボルは、わずかに変更された基本規則に従って解決されます。

ウィークシンボルは通常、個別にあるいは大域シンボルの別名として、コンパイラによって定義されます。この機構では、#pragma 定義を使用します。

$ cat main.c
#pragma weak    bar
#pragma weak    foo = _foo

int             bar = 1;

_foo()
{
        return (bar);
}
$ cc -o main.o -c main.c
$ nm -x main.o
[Index]   Value      Size      Type  Bind  Other Shndx   Name
...............
[7]     |0x00000000|0x00000004|OBJT |WEAK |0x0  |3      |bar
[8]     |0x00000000|0x00000028|FUNC |WEAK |0x0  |2      |foo
[9]     |0x00000000|0x00000028|FUNC |GLOB |0x0  |2      |_foo

ウィークの別名 foo に、大域シンボル _foo と同じ属性が割り当てられていることに注意してください。この関係は、リンカーによって保持され、その結果、シンボルには出力イメージ内の同じ値が割り当てられます。シンボル解決においては、ウィーク定義シンボルは、同じ名前の大域定義によって自動的に上書きされます。

単純なシンボル解決のこの他の形式は、再配置可能オブジェクトと共有オブジェクト間、または複数の共有オブジェクト間に発生し、割り込み (interposition) と呼ばれます。このような場合、シンボルが複数回定義されている場合、リンカーにより、再配置可能オブジェクト、または複数の共有オブジェクト間の最初の定義が自動的に採用されます。再配置可能オブジェクトの定義、または最初の共有オブジェクトの定義は、他のすべての定義上に割り込みを行うといわれます。この割り込みを使用すると、1 つの共有オブジェクト、動的実行可能プログラム、または他の共有オブジェクトによって提供された機能を上書きできます。

ウィークシンボルと割り込みを組み合わせることにより、有用なプログラミングテクニックを使用できます。たとえば、標準 C ライブラリは、再定義可能ないくつかのサービスを提供していますが、ANSI C は、システム上になければならない一連の標準サービスを定義し、厳密に適合するプログラム内に置き換えることはできません。

たとえば、関数 fread(3C) は、ANSI C ライブラリの関数ですが、関数 read(2) は、ANSI C ライブラリの関数ではありません。適合する ANSI C プログラムは、read(2) を再定義でき、予測できる方法で fread(3C) を使用できなければなりません。

ここでの問題は、read(2) が、標準 C ライブラリ内に fread(3C) を実装する基盤になることです。このため、read(2) を再定義するプログラムは、fread(3C) の実装を混乱させる可能性があります。この混乱を避けるために、ANSI C は、実装には、そこに予約されていない名前は使用できないように定めています。以下に示す #pragma 指示語を使用することにより、この予約名を定義でき、この予約名から、関数 read(2) の別名が生成されます。

#pragma weak read = _read

こうすることにより、ユーザーは _read() 関数を使用している fread(3C) の実装を危険にさらすことなく、自分専用の read() 関数を自由に定義できます。

このリンカーでは、標準 C ライブラリの共有オブジェクトまたはアーカイブバージョンのどちらかにリンクしている場合でも、read() を再定義できます。前者の場合には、割り込みによって方法が決められます。 後者の場合には、read(2) の C ライブラリの定義をウィークにすることにより、自動的に上書き可能になります。

リンカーの -m オプションを使用すれば、割り込みされるすべてのシンボル参照のリストを、セクションの読み込みアドレス情報とともに標準出力に書き込むことができます。

複雑な解決

複雑な解決は、同じ名前を持つ 2 つのシンボルが、異なる属性とともに検出された場合に発生します。この場合、リンカーは最も適切なシンボルを選択し、そのシンボル、対立する属性、およびそのシンボル定義を取り出したファイルの ID を示す警告メッセージを生成します。次の例では、データ項目の配列の定義が指定された 2 つのファイルで、サイズの必要条件が異なっています。

$ cat foo.c
int array[1];

$ cat bar.c
int array[2] = { 1, 2 };

$ cc -dn -r -o temp.o foo.c bar.c
ld: warning: symbol `array' has differing sizes:
        (file foo.o value=0x4; file bar.o value=0x8);
        bar.o definition taken

シンボルの整列必要条件が異なる場合には、同様の診断プログラムが作成されます。この 2 つのケースの場合、リンカーの -t オプションを使用すると、診断プログラムを抑制できます。

この他の属性形式の違いに、シンボルのタイプがあります。次の例では、シンボル bar()は、データ項目と関数の両方として定義されています。

$ cat foo.c
bar()
{
        return (0);
}
$ cc -o libfoo.so -G -K pic foo.c
$ cat main.c
int     bar = 1;

main()
{
        return (bar);
}
$ cc -o main main.c -L. -lfoo
ld: warning: symbol `bar' has differing types:
        (file main.o type=OBJT; file ./libfoo.so type=FUNC);
        main.o definition taken

この文脈では、シンボルのタイプは ELF で使用されるタイプです。このシンボルタイプは、単純な形式であることを除けば、プログラミング言語で使用されるデータ型には関連していません。

前述の例のような場合で、再配置可能オブジェクトと共有オブジェクト間で解決が発生したときには、再配置可能オブジェクトの定義がとられます。また、2 つの共有オブジェクト間で解決が発生した場合には、最初の共有オブジェクトの定義がとられます。このような解決が異なる結合間 (ウィークまたは大域) で発生すると、警告メッセージも同時に作成されます。

リンカーの -t オプションを使用しても、シンボルタイプ間の不一致は抑制できません。

重大な解決

解決できないシンボルの衝突があると、重大なエラー状態になります。この場合、シンボルを入手したファイルの名前と同時に、そのシンボル名を指摘した適切なエラーメッセージが表示されて、出力ファイルは生成されません。この重大なエラー状態によってリンカーは停止しますが、すべての入力ファイルの処理が、まず最初に完了します。この要領で、重大な解決エラーをすべて識別できます。

最も一般的な、重大エラー状態は、2 つの再配置可能オブジェクトが両方とも同じ名前のシンボルを定義していて、どちらのシンボルもウィーク定義ではない場合に発生します。

$ cat foo.c
int bar = 1;

$ cat bar.c
bar()
{ 
        return (0);
}

$ cc -dn -r -o temp.o foo.c bar.c
ld: fatal: symbol `bar' is multiply-defined:
        (file foo.o and file bar.o);
ld: fatal: File processing errors. No output written to int.o

foo.c と bar.c には、シンボル bar に対する重複する定義があります。リンカーは、どちらを優先すべきか判別できないため、通常はエラーメッセージを出力して終了します。リンカーの -z muldefs オプションを使用すると、このエラー状態を防ぐことができ、リンカーが、最初のシンボル定義を優先するように設定できます。