如何给全局变量起一个别名？

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、弱符号的概念没有任何关系，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 

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 
#include 
#include  

// 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。

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 

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 
#include 
#include  

// 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。

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