c语言中链接器的作用,举例讲解C语言链接器的符号解析机制

￡神魔★判官ぃ 2023-01-22 06:52 22阅读 0赞

1. 符号分类(1)全局符号：非静态全局变量，非静态函数

(2)外部符号：定义于其它模块，而被本模块引用的全局变量和函数

(3)本地符号：静态变量(包括全局和局部)，静态函数

对于静态局部变量，编译器会为其生成唯一的名字。如x.fun1，x.fun2。本地符号对链接器来说是不可见的。

2. 符号决议当编译器遇到一个不是本模块定义的符号时，会假设该函数由其它模块定义，并生成一个链接器符号表条目，交由链接器处理。如果链接器在它的任何输入模块都没有找到该符号，会给出一个类似undefined reference to 'xxx'的链接错误。而如果链接器在输入模块中找到了一个以上的外部符号定义，这个时候就需要链接器进行符号决议，链接器对多个外部符号定义可能并不报错甚至警告，而是按照它的规则去选择其中一个符号定义。

链接器将各个模块输出的全局符号，分类为强符号和弱符号：

(1)强符号：函数和已初始化的全局变量

(2)弱符号：为初始化全局变量

根据强弱符号的定义，链接器按照下面的规则处理多重定义的符号：

规则1：不允许有多个强符号定义

规则2：如果有一个强符号和多个弱符号，那么选择强符号

规则3：如果有多个弱符号，那么从这些弱符号中选择sizeof大的那个，如果大小相同，则选择先链接的那个

上面的规则是很多链接错误的根源，因为编译器在决议时可能默默地替你作出了决定，你并不知晓。根据上面的规则，可以引出下面几个经典例子：

例1：

// in lib1.c

int x;

void f()

x = 1235;

// in main1.c

\#include

void f(void);

int x = 1234;

int main(void)

f();

printf("x=%d\\n", x);

return 0;

上面的代码中，main函数printf输出： x=1235。因为链接器通过规则2决议符号x的定义为main.c中的强符号定义，而lib.c的作者并不知情，他对x的使用和修改影响到了main.c。这种交互修改，相互影响将会很复杂，因为大家都以为自己在做对的事情，在用对的变量。而整个决议过程，链接器悄无声息地完成了。

例2：

// in lib2.c

double x;

void f()

x = -0.0;

// in main2.c

\#include

void f(void);

int x = 1234;

int y = 1235;

int main()

f();

printf("x=0x%x y=0x%x \\n", x, y);

return 0;

这种情况下，程序得到输出： x=0x0 y=0x80000000，而链接器(gcc ld)也终于给出一条警告：

ld: warning: tentative definition of '\_x' with size 8 from 'obj/Debug/lib2.o' is being replaced by real definition of smaller size 4 from 'obj/Debug/main2.o'

链接器决议的是符号地址，而相邻的全局变量可能在.data段中的内存地址也相邻，因此也就引发了更复杂的问题。这一点和栈溢出很像，但是比栈溢出更复杂，因为问题出在多个模块之间，而不是在一个函数内部。

例3：

// in lib3.c

struct

int a;

int b;

\} x;

void f()

x.a = 123;

x.b = 456;

printf("in f(): sizeof(x)=%d, (&x)=0x%08x\\n", sizeof(x), &x);

// in main3.c

\#include

void f(void);

int x;

int y;

int main()

f();

printf("in main(): sizeof(x)=%d, (&x)=0x%08x, (&x)=0x%08x, x=%d,y=%d \\n", sizeof(x), &x, &y, x, y);

return 0;

程序输出：

in f(): sizeof(x)=8, (&x)=0x02489018

in main(): sizeof(x)=4, (&x)=0x02489018, (&y)=0x02489020, x=123,y=0

始终记住，外部符号决议的是地址，因此无论lib3.c和main3.c中，符号x地址都是唯一的，无论其被定义了几次。其次sizeof是编译器决议，与链接无关，编译器只看得到本模块的定义或声明。最后，由于符号x决议到lib3.c中的x，其size是8，因此main3.c中的y的地址比x大8，这是由链接器将lib3.o和main3.o合并后填入可执行文件的.data段的。因此y是无关变量，被初始化为0，注意和例2的区别。

3. 总结由于符号决议容易引发的种种问题，我们在写C的时候应注意：

尽量用static属性隐藏变量和函数在模块内的声明，就像在C++中尽量用private保护类私有成员一样。

少定义弱符号，尽量初始化全局变量，这样链接器会根据规则1给出多个符号定义的错误。

为链接器设置必要选项，如gcc的 -fno-common，这样在遇到多重符号定义时，链接器会给出警告。

4. C++的符号决议C++并不支持强弱符号同时存在，所有符号都只能有一个定义(函数重载通过改写函数符号来确保其唯一)，因此在很大程度上避免了C中的链接器困扰。