举例讲解C语言链接器的符号解析机制
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undefinedreferenceto'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:
//inlib1.c intx; voidf() { x=1235; } //inmain1.c #include<stdio.h> voidf(void); intx=1234; intmain(void) { f(); printf("x=%d\n",x); return0; }
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:
//inlib2.c doublex; voidf() { x=-0.0; } //inmain2.c #include<stdio.h> voidf(void); intx=1234; inty=1235; intmain() { f(); printf("x=0x%xy=0x%x\n",x,y); return0; }
这种情况下,程序得到输出:x=0x0y=0x80000000,而链接器(gccld)也终于给出一条警告:
ld:warning:tentativedefinitionof'_x'withsize8from'obj/Debug/lib2.o'isbeingreplacedbyrealdefinitionofsmallersize4from'obj/Debug/main2.o'