靜態鏈接全過程

本文大部分內容翻譯自Library order in static linking

在gcc編譯時，靜態鏈接庫鏈接順序會影響鏈接結果和行為。
舉例如下：

$ cat simplefunc.c
int func(int i) {
    return i + 21;
}

$ cat simplemain.c
int func(int);

int main(int argc, const char* argv[]) {
    return func(argc);
}

$ gcc -c simplefunc.c
$ gcc -c simplemain.c
$ gcc simplefunc.o simplemain.o
$ ./a.out ; echo $?
22

$ gcc simplemain.o simplefunc.o
$ ./a.out ; echo $?
22123456789101112131415161718192021

對于object文件，鏈接順序是沒有影響的，gcc會將所有的目標文件加入到鏈接過程中。

$ ar r libsimplefunc.a simplefunc.o
$ ranlib libsimplefunc.a
$ gcc  simplemain.o -L. -lsimplefunc
$ ./a.out ; echo $?
22

$ gcc  -L. -lsimplefunc  simplemain.o
simplemain.o: In function 'main':
simplemain.c:(.text+0x15): undefined reference to 'func'
collect2: ld returned 1 exit status12345678910

當鏈接器遇到libsimplefunc.a時，它仍然沒有看到simplemain.o，這意味著func尚未出現在未定義的列表中。當鏈接器查看庫時，它會看到導出func的simplefunc.o。但由于它不需要func，因此該目標文件不包含在鏈接中。當鏈接器確實到達simplemain.o并且看到func確實是必需的時，它被添加到未定義的列表中（因為它不在導出的列表中）。鏈接器然后到達鏈接的末尾并且func仍未定義。

請注意在先前的鏈接順序中不會發生這種情況 - 因為simplemain.o首先出現，func在鏈接器看到庫之前位于未定義的列表中，因此導出它的目標文件確實包含在內。

從上面的例子中可以得出：靜態鏈接時，鏈接庫順序會影響鏈接結果。如果對象或庫AA需要來自庫BB的符號，則AA應該在鏈接器的命令行調用中位于庫BB 之前。
下面一節，我們將從原理上來了解鏈接庫的順序是如何影響鏈接結果的！

程序靜態鏈接的過程如下，舉例說明（翻譯Library order in static linking的The linking process一節）

$ gcc main.o -L/some/lib/dir -lfoo -lbar -lbaz1

注：庫指library，對象指object，此處要注意區分。
1 當鏈接時，鏈接器維護兩個列表：
1.1 到目前為止遇到的所有目標文件(object)和庫(library)導出的符號列表，記做exports(導出的符號)
1.2 遇到的目標文件(object)和庫(library)請求導入但尚未找到的未定義符號列表，即undefined reference，記做imports(待導入的符號)

2 當鏈接器遇到新的目標文件(object)時，
2.1 它導出的符號會被添加到上面提到的導出符號列表中。 如果任何符號位于未定義列表中，則會從那里刪除它，因為現在已找到它。 如果導出列表中已有任何符號，則會出現“多重定義”錯誤：兩個不同的對象導出相同的符號，鏈接器會報錯
2.2 它導入的符號被添加到未定義符號列表中，除非它們可以在導出符號列表exports中找到。

3 當鏈接器遇到新庫時，事情會更有趣。 鏈接器遍歷庫中的所有目標文件(object)，庫是object打包成的一個整體。 對于每一個，它首先查看它導出的符號
3.1 如果它導出的任何符號位于未定義列表中，則該對象將添加到鏈接中，并執行下一步。 否則，將跳過下一步。
3.2 如果目標文件(object)已添加到鏈接中，則按上述方式對其進行處理 - 未定義和導出的符號將添加到符號表中。
3.3 如果庫中的任何目標文件(object)已包含在鏈接中，則會再次重新掃描整個庫，因為這個目標文件可能依賴庫中的其他目標文件。

鏈接器完成后，它會查看符號表。 如果任何符號保留在未定義的列表中，鏈接器將拋出“未定義的引用”錯誤。
在鏈接器查看庫之后，它將不會再次查看它，即鏈接器只查看庫一次。 即使它導出一些后來的庫可能需要的符號。 鏈接器返回重新掃描對象的唯一時間它已經在單個庫中發生 - 如上所述，一旦某個庫中的對象被帶入鏈接，同一庫中的所有其他對象將被重新掃描。 傳遞給鏈接器的標志可以調整這個過程 - 再次，我們稍后會看到一些例子。
另外，檢查庫時，如果不提供符號表所需的符號，則可以將其中的目標文件排除在鏈接之外。 這是靜態鏈接的一個非常重要的特性。 我之前提到過的C庫大量使用了這個功能，主要是將自身分解為每個函數的一個對象。 因此，例如，如果您的代碼使用的唯一C標準庫函數是strlen，則只有strlen.o將從libc.a進入鏈接 - 并且您的可執行文件將非常小。

1. 在項目開發過層中盡量讓lib是垂直關系,避免循環依賴,越是底層的庫,越是往后面寫

2. 若存在循環依賴的情況，可用以下方法解決

   Xlinker "-("-la -lb  -lc"-)" OR--start-group -la -lb lc -Wl,--end-group

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• Library order in static linking

• gcc-鏈接庫順序

• 折騰gcc/g++鏈接時.o文件及庫的順序問題

• gcc 鏈接庫的順序問題

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