程序的链接和加载基础（1）-优快云博客

1. 程序的链接

程序链接的核心是找“符号”，即函数或者变量定义的位置。“符号”可能位于其它程序文件，静态库，动态库，如果没找到，编译器可能报错，还可能帮你生成一个。

1.1 窥豹一斑 c++的extern关键字

c++编写的so，希望在c中使用。因为某种原因，c中只能用gcc编译器。

$ cat e.cc

const char *ecc(const char *x) { return x; }

$ gcc -o libecc.so -shared -fPIC -Wall e.cc

注意这里，我用了gcc编译，而不是g++，它的影响在1.2中可以看到。

$ cat main.cc

int main() { ecc("Hello World"); return 0; }

$ cat main.c

int main() { ecc("Hello World"); return 0; }

main.c 和 main.cc 文件内容相同，文件名不同。

$ gcc -o main-cc main.cc -Wall

main.cc: In function 'int main()':

main.cc:1: error: 'ecc' was not declared in this scope

$ gcc -o main-c main.c -Wall

main.c: In function 'main':

main.c:1: warning: implicit declaration of function 'ecc'

/tmp/ccwO2sQc.o: In function `main':

main.c:(.text+0xf): undefined reference to `ecc'

collect2: ld returned 1 exit status

同样的程序，报错完全不同。main.cc 报编译错误，找不到ecc的声明。main.c 报链接错误，没有定义ecc，但是给出了警告，说没有声明ecc。稍后讲为什么。

$ cat main.cc

struct A { A(const char *s) { } };

extern int ecc(const A &);

int main() { ecc("Hello World"); return 0; }

$ gcc -o main-cc main.cc -Wall

/tmp/ccq4LsaY.o: In function `main':

main.cc:(.text+0x1b): undefined reference to `ecc(A const&)'

/tmp/ccq4LsaY.o:(.eh_frame+0x12): undefined reference to `__gxx_personality_v0'

collect2: ld returned 1 exit status

现在没有编译错误了，这里提供了函数声明，虽然这个声明和我们想要链接的函数一点不搭边，但是还是编译通过了。编译时只认函数原型，这里const char* 被隐式转成了A。现在报链接错误，注意这里报找不到ecc(A const&)，而不是ecc(const char *)。

$ cat main.cc

extern int ecc(const char *);

int main() { ecc("Hello World"); return 0; }

$ g++ -o main-cc main.cc -Wall -L. -lecc

现在编译，链接都没有问题。注意，虽然提供了错误的函数声明（返回值不对），但是编译和链接都不在乎这个，所以编译，链接都没有问题。这种三不管，会导致问题。

再来看 main.c

$ gcc -o main-c main.c -Wall -L. -lecc

main.c: In function 'main':

main.c:1: warning: implicit declaration of function 'ecc'

/tmp/ccADJnMJ.o: In function `main':

main.c:(.text+0xf): undefined reference to `ecc'

./libecc.so: undefined reference to `__gxx_personality_v0'

collect2: ld returned 1 exit status

已经用 -L 和 -l 指明了连接的库，还是找不到符号，为什么？

$ nm libecc.so | grep ecc

000000000000051c T _Z3eccPKc

的确没有ecc这个符号，因为libecc.so 是c++编译出来的so（虽然，我们用的是gcc），而c++为了支持namespace和函数重载，做了名字混淆。

仲么办？

$ cat main.c

int main() { _Z3eccPKc("Hello World"); return 0; }

$ gcc -o main-c main.c -Wall -L. -lecc -lstdc++

main.c: In function 'main':

main.c:1: warning: implicit declaration of function '_Z3eccPKc'

现在虽然有一个警告，但是编译链接通过。我们显式指定了libecc.so中ecc对应的名字。从这一步可以看出，链接器很好骗（要是女人也这么好骗就行了:)），它要的只是一个符号的名字。

这种方法，无疑非常的丑陋，但是如果不修改 libecc.so 的源文件，这是唯一的方法了。

$ cat e.cc

extern "C"

const char *ecc(const char *x) { return x; }

$ cat main.c

int main() { ecc("Hello World"); return 0; }

$ nm libecc.so | grep ecc

000000000000050c T ecc

通过 extern "C" 显式的告诉gcc，这个函数使用c语言的方式生成函数名字。这次main.c可以编译通过，但是main.cc又不可以了。因为main.cc要找的是_Z3eccPKc，而不是ecc。

$ cat main.cc

extern "C" int ecc(const char *);

int main() { int i = ecc("Hello World"); return i; }

这里显式告诉gcc，找ecc这个符号时，不要做函数名混淆。

从上面的演示过程可以看出，链接时，所需的就是符号的名字（无论是ecc，还是_Z3eccPKc），所以碰到链接错误，只要考虑能不能找到这个名字。

1.2 gcc 和 g++ 的差别

我们通常所说的编译，其实分四个阶段，预处理（-E）编译（-c）汇编（-S）链接。一直到到链接，使用gcc和g++是没有区别的。其实一直到链接，它们也是没有区别的。前面的链错误里面有

./libecc.so: undefined reference to `__gxx_personality_v0'，后来为什么没了？因为gcc 加了 -lstdc++。不用我说，你也猜得到，libstdc++.so 里定义了 __gxx_personality_v0。

objdump -d /usr/lib/libstdc++.so.6 | grep "__gxx_personality_v0"

00d580c0 <__gxx_personality_v0>:

因为c++增加了对象的构造和析构，所以需要编译器生成额外的代码，这个过程也是找“符号”而已。让gcc链接c++的so，还要显示链接libstdc++.so 是不是觉得怪怪的，没关系，如果我在生成libecc.so时使用g++而不是gcc，那么在连接main.c时就不需要-lstdc++了。

$ g++ -o libecc.so -shared -fPIC -Wall e.cc

$ readelf -d libecc.so

0x0000000000000001 (NEEDED) Shared library: [libstdc++.so.6]

1.3 静态库和动态库的编译

$ g++ -o libecc.so -shared -fPIC -Wall e.cc

$ g++ -o ecc.o -c e.cc -Wall -fPIC; ar -r libecc.a ecc.o

$ ls libecc.*

libecc.a libecc.so

使用静态库要注意，libecc.a 要放到.c 或者.o 文件的后面

$ gcc -o main-c main.c -L. -lecc -Wall

$ gcc -o main-c main.c libecc.a -Wall -lstdc++

还可以用链接动态库的方式连接静态库，假如当前目录有libecc.a，以这种方式链接，需要静态库的命名，符合动态库的命名规则，lib+name+.a。再加上libecc.a不包含任何动态链接信息（libecc.so包含动态链接信息，这里的libstdc++只是个例子，如果在libecc.a中使用了openssl，那么使用静态库时也必须-lssl），所以，必须-lstdc++。