《程序员的自我修养》-（4）静态链接 - 背后的原理与应用

2024-01-14 03:13:35

《程序员的自我修养》-（4）静态链接

引言

当我们编写一个程序时，往往需要将多个源文件编译成目标文件，再将这些目标文件链接成一个可执行文件。这个过程中，链接器扮演着至关重要的角色，它负责将目标文件中的代码和数据段合并起来，并解析符号表中的符号，完成函数调用和数据引用。本文将通过分析两个目标文件之间的静态链接过程，深入探讨静态链接的原理和应用。

静态链接过程

假设我们有两个源文件 a.c 和 b.c，其中 a.c 引用了 b.c 中的函数。使用 gcc -c 编译后，得到两个目标文件 a.o 和 b.o。静态链接的过程如下：

加载目标文件： 链接器将 a.o 和 b.o 加载到内存中。
合并段： 链接器将 a.o 和 b.o 中的代码段和数据段合并起来，形成可执行文件的代码段和数据段。
解析符号表： 链接器解析每个目标文件的符号表，找出未定义的符号（引用了但未定义）和已定义的符号（被引用且已定义）。
符号解析： 链接器将未定义的符号与已定义的符号匹配，并建立符号表之间的引用关系。
重定位： 链接器修改可执行文件中的指令和数据，使它们指向正确的内存地址。
生成可执行文件： 链接器将合并后的代码段、数据段和符号表写入可执行文件中。

目标文件分析

我们以 a.c 和 b.c 为例，分析它们的符号表和链接过程。

a.c

#include "b.h"

void func() {
  b();
}

符号表：

func：已定义的函数
b：未定义的函数（引用了 b()）

b.c

void b() {
  printf("Hello from b()\n");
}

符号表：

b：已定义的函数

链接过程

当 a.o 和 b.o 链接时，链接器解析符号表，发现 a.o 中的 b 是未定义的，而 b.o 中的 b 是已定义的。链接器将这两个符号匹配起来，并修改 a.o 中的指令，使 b() 调用 b.o 中的 b() 函数。最终，链接器生成一个可执行文件，其中包含了 a.o 和 b.o 中的代码和数据。

优点和缺点

静态链接具有以下优点：