在链接时合并全局数组/从多个编译单元填充全局数组

我想定义一系列的东西，比如事件处理程序。的内容 该数组在编译时是完全已知的，但定义在 多个编译单元，分布在多个库中 至少在最终（静态）链接之前是相当解耦的。我想要 也保持这种方式 - 因此添加或删除编译单元将 还可以自动管理事件处理程序，而无需修改 事件处理程序的中央列表。

这是我想做的一个例子（但不起作用）。

中央.h：

typedef void (*callback_t)(void);

callback_t callbacks[];

中央.c：

#include "central.h"

void do_callbacks(void) {
    int i;
    for (i = 0; i < sizeof(callbacks) / sizeof(*callbacks); ++i)
        callbacks[i]();
}

foo.c:

#include "central.h"

void callback_foo(void) { }

callback_t callbacks[] = {
    &callback_foo
};

bar.c:

#include "central.h"

void callback_bar(void) { }

callback_t callbacks[] = {
    &callback_bar
};

我想要发生的是得到一个callbacks数组，其中包含 两个要素：&callback_foo and &callback_bar。有了上面的代码，就有了 显然有两个问题：

• The callbacks数组被定义多次。
• sizeof(callbacks)编译时不知道central.c.

在我看来，第一点可以通过链接器合并来解决 他们俩callbacks符号而不是抛出错误（可能通过一些 变量上的属性），但我不确定是否有类似的东西。 即使有，大小问题也应该以某种方式解决。

我意识到解决这个问题的一个常见方法就是创办一家初创公司 “注册”回调的函数或构造函数。然而我只能看到 有两种方法可以实现这一点：

• 对回调数组使用动态内存 (realloc)。
• 使用固定大小（比通常需要的大）的静态内存。

由于我在内存有限的微控制器平台（Arduino）上运行， 这两种方法都不吸引我。并考虑到全部内容 该数组在编译时是已知的，我希望有一种方法可以让编译器 也看到这个。

我发现了this https://stackoverflow.com/a/17712647/740048 and this https://stackoverflow.com/a/4152185/740048解决方案，但这些需要定制 链接描述文件，这在我的编译环境中是不可行的 运行（尤其不是因为这需要明确命名每个 链接器脚本中这些特殊数组的组成，因此只需一个 链接描述文件添加在这里不起作用）。

这个解决方案 https://stackoverflow.com/a/15142972/740048是迄今为止我发现的最好的。它使用链表 在运行时填充，但使用在每个中静态分配的内存 单独编译单元（例如，为每个单元分配一个下一个指针） 函数指针）。尽管如此，这些下一个指针的开销不应该 需要 - 有更好的方法吗？

也许将动态解决方案与链接时优化相结合可以 以某种方式导致静态分配？

也欢迎提出替代方法的建议，尽管需要 元素具有静态的事物列表和内存效率。

此外：

• 使用 C++ 没问题，我只是使用上面的一些 C 代码来说明问题，无论如何，大多数 Arduino 代码都是 C++。
• 我正在使用 gcc / avr-gcc，虽然我更喜欢便携式解决方案，但仅使用 gcc 也可以。
• 我有可用的模板支持，但没有 STL。
• 在我使用的Arduino环境中，我没有Makefile或其他方式来在编译时轻松运行一些自定义代码，所以我正在寻找可以完全在代码中实现的东西。

正如之前的一些答案中所评论的，最好的选择是使用自定义链接器脚本（带有KEEP(*(SORT(.whatever.*)))输入部分）。

Anyway, 无需修改链接描述文件即可完成（下面的工作示例代码），至少在一些带有 gcc 的平台上（在 xtensa 嵌入式设备和 cygwin 上测试）

假设：

• 我们希望尽可能避免使用 RAM（嵌入式）
• 我们不希望调用模块知道有关带有回调的模块的任何信息（它是一个库）
• 列表没有固定大小（库编译时大小未知）
• 我正在使用海湾合作委员会。该原理可能适用于其他编译器，但我没有测试过
• 此示例中的回调函数没有接收参数，但如果需要的话修改起来非常简单

怎么做：

• 我们需要链接器以某种方式在链接时分配一个指向函数的指针数组
• 由于我们不知道数组的大小，因此我们还需要链接器以某种方式标记数组的末尾

这是非常具体的，因为正确的方法是使用自定义链接器脚本，但如果我们在标准链接器脚本中找到始终“保留”和“排序”的部分，则不这样做恰好是可行的。

通常情况下，这对于.ctors.*输入部分（标准要求 C++ 构造函数按函数名称顺序执行，并且在标准 ld 脚本中是这样实现的），因此我们可以稍微修改一下并尝试一下。

只是要考虑到它可能不适用于所有平台（我已经在 xtensa 嵌入式架构和 CygWIN 中测试过它，但这是一个黑客技巧，所以......）。

另外，当我们将指针放在构造函数部分时，我们需要使用一个字节的 RAM（对于整个程序）来在 C 运行时 init 期间跳过回调代码。

test.c:

注册一个名为的模块的库test，并在某个时刻调用它的回调

#include "callback.h"

CALLBACK_LIST(test);

void do_something_and_call_the_callbacks(void) {

        // ... doing something here ...

        CALLBACKS(test);

        // ... doing something else ...
}

呼叫我1.c：

客户端代码为模块注册两个回调test。生成的函数没有名称（实际上它们确实有名称，但它被神奇地生成为在编译单元内是唯一的）

#include <stdio.h>
#include "callback.h"

CALLBACK(test) {
        printf("%s: %s\n", __FILE__, __FUNCTION__);
}

CALLBACK(test) {
        printf("%s: %s\n", __FILE__, __FUNCTION__);
}

void callme1(void) {} // stub to be called in the test sample to include the compilation unit. Not needed in real code...

呼叫我2.c：

客户端代码为模块注册另一个回调test...

#include <stdio.h>
#include "callback.h"

CALLBACK(test) {
        printf("%s: %s\n", __FILE__, __FUNCTION__);
}

void callme2(void) {} // stub to be called in the test sample to include the compilation unit. Not needed in real code...

回调.h：

还有魔法...

#ifndef __CALLBACK_H__
#define __CALLBACK_H__

#ifdef __cplusplus
extern "C" {
#endif

typedef void (* callback)(void);
int __attribute__((weak)) _callback_ctor_stub = 0;

#ifdef __cplusplus
}
#endif

#define _PASTE(a, b)    a ## b
#define PASTE(a, b)     _PASTE(a, b)

#define CALLBACK(module) \
        static inline void PASTE(_ ## module ## _callback_, __LINE__)(void); \
        static void PASTE(_ ## module ## _callback_ctor_, __LINE__)(void); \
        static __attribute__((section(".ctors.callback." #module "$2"))) __attribute__((used)) const callback PASTE(__ ## module ## _callback_, __LINE__) = PASTE(_ ## module ## _callback_ctor_, __LINE__); \
        static void PASTE(_ ## module ## _callback_ctor_, __LINE__)(void) { \
                 if(_callback_ctor_stub) PASTE(_ ## module ## _callback_, __LINE__)(); \
        } \
        inline void PASTE(_ ## module ## _callback_, __LINE__)(void)

#define CALLBACK_LIST(module) \
        static __attribute__((section(".ctors.callback." #module "$1"))) const callback _ ## module ## _callbacks_start[0] = {}; \
        static __attribute__((section(".ctors.callback." #module "$3"))) const callback _ ## module ## _callbacks_end[0] = {}

#define CALLBACKS(module) do { \
        const callback *cb; \
        _callback_ctor_stub = 1; \
        for(cb =  _ ## module ## _callbacks_start ; cb <  _ ## module ## _callbacks_end ; cb++) (*cb)(); \
} while(0)

#endif

main.c:

如果你想尝试一下...这是一个独立程序的入口点（在 gcc-cygwin 上测试并工作）

void do_something_and_call_the_callbacks(void);

int main() {
    do_something_and_call_the_callbacks();
}

output:

这是我的嵌入式设备中的（相关）输出。函数名称生成于callback.h并且可以有重复项，因为函数是静态的

app/callme1.c: _test_callback_8
app/callme1.c: _test_callback_4
app/callme2.c: _test_callback_4

而在 CygWIN 中...

$ gcc -c -o callme1.o callme1.c
$ gcc -c -o callme2.o callme2.c
$ gcc -c -o test.o test.c
$ gcc -c -o main.o main.c
$ gcc -o testme test.o callme1.o callme2.o main.o
$ ./testme
callme1.c: _test_callback_4
callme1.c: _test_callback_8
callme2.c: _test_callback_4

链接器图：

这是链接器生成的映射文件的相关部分

 *(SORT(.ctors.*))
 .ctors.callback.test$1    0x4024f040    0x0    .build/testme.a(test.o)
 .ctors.callback.test$2    0x4024f040    0x8    .build/testme.a(callme1.o)
 .ctors.callback.test$2    0x4024f048    0x4    .build/testme.a(callme2.o)
 .ctors.callback.test$3    0x4024f04c    0x0    .build/testme.a(test.o)