本文探讨了在C++编译链接过程中，静态库顺序如何影响符号未定义问题。通过实验分析，揭示了静态库由.o文件组成，链接时按从左到右顺序处理，并不回溯的策略。同时，指出在Mac上使用clang++编译可能不会有此类问题。文章通过不同情况的示例，解释了符号未定义错误的原因，并提出将所有文件打包到一个静态库可以避免顺序问题。
前情概要
接入新库的时候遇到符号位定义问题。有人跟我说改一下库的顺序，就能解决问题。我试了下，嗯，问题是解决了。但是我总觉得库之间不应该有依赖关系，毕竟链接库就是个找符号的问题，如果有依赖，那a，b两个库，相互依赖，顺序怎么整呢？大型的软件，岂不是加一个库就要弄死人？带着这个疑问我做了一些小实验，来看一下一下库位置的顺序到底是如何影响符号未定义问题的。
问题根源
之所以链接顺序改变可以解决符号未定义问题，本质是因为以下两点导致的：
-
静态库是由.o文件拼出来的，链接静态库的时候，是以.o文件为单位进行的。
-
我们开发，编译机上，gcc/g++在进行链接的时候，使用的是从左到右，逐个文件处理，并且不走回头路的策略。
另外这个行为与编译器有关，在mac上用clang++测试，是没有这些问题的，顺序怎么打乱，都能链接上（确实没有符号定义的除外）。具体是上面哪个因素被打断，目前不确定，以后有需要的时候再研究吧。
我使用下面这个makefile和main.cpp，然后使用a,b,c,d四个cpp文件进行示例分析。注意，每个情况都是独立的a,b,c,d四个文件，不需要的时候你可以随意往文件里写个不相干的函数，不影响结果。不要弄混。
void hello();
int main(int argc, char *argv[])
{
hello();
return 0;
}a.out: libab.a libcd.a
- g++ main.o libab.a libcd.a
- g++ main.o libcd.a libab.a
libab.a: a.o b.o
ar csr libab.a a.o b.o
libcd.a: c.o d.o
ar csr libcd.a c.o d.o
main.o: main.cpp
g++ -c main.cpp
a.o: a.cpp
g++ -c a.cpp
b.o: b.cpp
g++ -c b.cpp
c.o: c.cpp
g++ -c c.cpp
d.o: d.cpp
g++ -c d.cpp简单说明 这个makefile。
分别编译abcd四个cpp文件，然后把ab两个文件链接成libab.a，把cd两个文件链接成libcd.a，然后用不同的顺序将这两个库跟main.o链接。
下面分情况讨论
情况 1
这种是最常见的。下面展示四个文件的内容，只需要关心a,b,c三个文件即可，d.cpp存在即可。
➜ seq1 git:(master) ✗ cat a.cpp
void hello_in_a()
{
}
➜ seq1 git:(master) ✗ cat b.cpp
void hello_in_b()
{
}
➜ seq1 git:(master) ✗ cat c.cpp
void hello_in_a();
void hello()
{
hello_in_a();
}
这个情况下，编译结果如下：
g++ main.o libab.a libcd.a
libcd.a(c.o): In function `hello()':
c.cpp:(.text+0x5): undefined reference to `hello_in_a()'
collect2: ld 返回 1
make: [a.out] 错误 1 (忽略)
g++ main.o libcd.a libab.a
也就是如果把ab放前面，cd放后面，就会有未定义符号。失败的那个case，链接器行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libab.a的符号表，没有hello()这个符号，跳过这个库的所有.o文件
-
查看libbc.a的符号表，有hello()这个符号，把c.o放进来，现在引入一个新的未定义符号hello_in_a()
-
结束，发现未定义符号表还有符号，报undefined reference to `hello_in_a()'
成功的case，行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libbc.a的符号表，有hello()这个符号，把c.o放进来，现在引入一个新的未定义符号hello_in_a()
-
查看libab.a的符号表，找到hello_in_a()，把a.o放进来
-
结束，未定义符号表为空，ok
情况2
这个情况相对少见，如果出现了还挺麻烦的。这里只关心ac两个cpp文件。内容如下：
➜ seq0 git:(master) ✗ cat a.cpp
void hello_unexist();
void hello()
{
hello_unexist();
}
➜ seq0 git:(master) ✗ cat c.cpp
#include <stdio.h>
void hello()
{
printf("hello");
}运行结果如下：
libab.a(a.o): In function `hello()':
a.cpp:(.text+0x5): undefined reference to `hello_unexist()'
collect2: ld 返回 1
make: [a.out] 错误 1 (忽略)
g++ main.o libcd.a libab.a可以看到，两个库分别定义了hello()，但是区别在于a.cpp的hello里面调用了一个不存在的hello_unexist方法。
失败的case链接器行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libab.a的符号表，找到hello()，把a.o放进来，引入了未定义符号hello_unexist()
-
查看libcd.a的符号表，没有新的符号
-
结束，报错
成功的case行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libcd.a的符号表，找到hello()，把c.o引进来。
-
查看libab.a，没有未定义符号
-
结束
情况3
这个也是比较少见的情况，ab相互依赖，并且他们的.o文件相互错过。使用abcd四个文件，内容如下：
➜ seq2 git:(master) ✗ cat a.cpp
void hello_in_d();
void hello_in_a()
{
hello_in_d();
}
➜ seq2 git:(master) ✗ cat b.cpp
void hello_in_d();
void hello_in_b()
{
hello_in_d();
}
➜ seq2 git:(master) ✗ cat c.cpp
void hello_in_b();
void hello()
{
hello_in_b();
}
➜ seq2 git:(master) ✗ cat d.cpp
void hello_in_b();
void hello_in_d()
{
hello_in_b();
}
编译结果如下：
libcd.a(c.o): In function `hello()':
c.cpp:(.text+0x5): undefined reference to `hello_in_b()'
collect2: ld 返回 1
make: [a.out] 错误 1 (忽略)
g++ main.o libcd.a libab.a
libab.a(b.o): In function `hello_in_b()':
b.cpp:(.text+0x5): undefined reference to `hello_in_d()'
collect2: ld 返回 1
make: [a.out] 错误 1 (忽略)两个case，第一个，先ab的，链接器行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libab.a的符号表，没找到hello()，什么都不放进来
-
查看libcd.a的符号表，有一个hello()，把c.o放进来，引入hello_in_b()未定义
-
结束，发现有未定义符号hello_in_b，报错
第二个，先cd的，链接器行为如下：
-
main.o，直接放进来,现在有一个未定义符号void hello()
-
查看libcd.a的符号表，有一个hello()，把c.o放进来，引入hello_in_b()未定义
-
查看libab.a的符号表，有一个hello_in_b()，把b.o放进来，引入hello_in_d()未定义
-
结束，此时有未定义符号hello_in_d，报错
这种情况，不管如何调整顺序，都是不能解决问题的。需要在后面重复一次libab.a或者libcd.a
上面的代码可以从https://github.com/johnzeng/linkage_sample.git上面clone到（不过seq目录的命名跟文章的情况罗列顺序不同就是了）
拓展问题：如果所有文件在一个静态库会怎么样
我尝试找一种办法，避免上面的问题。考虑了一下编译连接的原理，我将abcd四个cpp用不同顺序打包到一个静态库。看看会发生什么。修改makefile（只写了修改部分，其他不变）：
a.out: libab.a libcd.a libabcd.a libdcba.a
- g++ main.o libab.a libcd.a
- g++ main.o libcd.a libab.a
- g++ main.o libabcd.a
- g++ main.o libdcba.a
libabcd.a: a.o b.o c.o
ar csr libabcd.a a.o b.o c.o d.o
libdcba.a: a.o b.o c.o
ar csr libdcba.a d.o c.o b.o a.o在上面几个例子里，只有情况2（两个文件分别定义hello()的情况）有报错，并且是使用libabcd.a编译的时候报错：
g++ main.o libabcd.a
libabcd.a(a.o): In function `hello()':
a.cpp:(.text+0x5): undefined reference to `hello_unexist()'
根据上面的分析，我们可以进一步得出结论：
-
当所有obj文件在一个静态库的时候，不会出现因为打包顺序导致的符号未定义
-
当一个符号有两个定义的时候，根据ar生成静态库的时候输入的文件顺序，搜索符号。
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