链接的目的链接过程

1.  链接的目的

    源代码经过编译后，生成了一系列的目标文件。每一个目标文件，具有自己的代码段、数据段、符号表、重定位表等信息（参考目标文件结构介绍）。

    在代码段中，编译生成的机器代码需要访问数据段的数据，或是代码段的函数。但在单个目标文件中，只有局部的数据和代码信息。如下例：

    文件a.c:

    unsigned long a = 10;

     

    void main()

    {

        print_a();

    }

 

    文件b.c:

    #include <stdio.h>

    extern unsigned long a;

    void print_a()

    {

        printf(“%d”,a);

    }

    编译后，a.c和b.c分别生成了a.o和b.o文件。在a.o中，数据段中为a，代码段中有main；在b.o中，代码段中有print_a函数。

    a.o中，访问了b.o中的print_a函数，而b.o中访问了a.o中的数据a。但问题是每一个.o都只能知道自已的局部数据和函数的地址，因此就需要通过链接过程，对a.o和b.o中的指令（调用print_a函数及访问a数据）进行重点位。这也是静态链接的主要目的所在。

 

    2.  链接的过程

    链接主要分为两个步骤以：

    1)  空间与地址分配

        每个.o文件中都有自己的代码段和数据段，在多个文件合并后，这些指令和数据如何组织？通常是采用相似段合并的方式，将多个.o文件中的代码段合并为一个代码段，数据段合并为一个数据段。

        这样做的好处是可以空间消耗（因为操作系统在分配空间时最小单位是页），并且可以提高内存访问的命中率。

        在进行相似段合并时，链接器会根据.o中每个段的长度、属性和位置等，计算出合并后的长度与位置，然后并每一个.o的中的符号合并到全局符号表，记录每一个符号的新的位置。

 

    2)  符号解析与重定位

        这一步是链接过程中核心，链接器通过重定位表，获取到每一个需要进行重定位的指令的位置以及符号，然后通过符号表查询符号的地址，修改指令中访问的地址。

        如果在这个过程中，无法在符号表中找到需要重定位的符号，就会出现链接失败，也就是我们常见的”undefined reference to ‘xxx’”错误。

 

        在符号表中，除了全局符号外，COMMON类型的符号也需要进行重定位，又称为COMMON块。COMMON块通常用来处理弱符号。

        编译器将未初始化的全局变量定义为弱符号。当多个源代码文件中存在相同的弱符号时，链接器采用如下策略决定弱符号的大小：

        (1)    存在同名的强符号时，以强符号为准

        (2)    不存在同名强符号时，以最大的弱符号为准