链接器如何知道外部函数的定义在哪里

How does the linker know where is the definition of an extern function?

本文关键字：定义 在哪里 函数 外部 何知道 链接      更新时间：2023-10-16

我读了几篇文章，得出结论认为extern告诉编译器"这个函数存在，但它的代码在其他地方。不要恐慌。"但链接器如何知道函数定义在哪里。

我的案例：-我正在制作凯尔uvision 4。有一个头文件grlib.h，主函数在grlib_demo.c中(它包括grlib.h)。现在，有一个函数GrCircleDraw()，它在Circle.c中定义并在grlib.demo.c中调用，还有一个语句

extern void GrCircleDraw(所有参数)；

grlib.h中的

我的问题是链接器如何知道GrCircleDraw()的定义在哪里，因为Circle.c不包括在grlib.h和grlib_demo.c 中

注意：-文件grlib.h和Circle.c在同一个文件夹中。代码运行成功。

以ELF格式编译.o文件时，.o文件上有许多内容，例如：

  • 包含代码的.text部分
  • 包含全局变量的.data、.rodata、.rss部分
  • .symtab，其包含.o中的符号(函数、全局变量等)的列表(以及它们在文件中的位置)以及.o文件使用的符号
  • 部分，如.rela.text，它们是重新定位的列表——这些是链接编辑器(和/或动态链接器)必须进行的修改，以便将程序的不同部分链接在一起

在呼叫方

让我们编译一个简单的C文件：

extern void GrCircleDraw(int x);
int foo()
{
GrCircleDraw(42);
return 3;
}
int bla()
{
return 2;
}

带有：

gcc -o test.o test.c -c

(我使用的是系统的本机编译器，但当交叉编译到ARM时，它的工作原理完全相同)。

你可以用查看你的.o文件的内容

readelf -a test.o

在符号表中，您会发现：

符号表".symtab"包含10个条目：Num:值大小类型绑定Vis-Ndx名称0:0000000000000000000000000未键入本地默认UND[…]8:000000000000000021 FUNC全球默认值1 foo9:0000000000000000000000000 NOTYPE全局默认UND GrCircleDraw10:0000000000000015 11 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 bla

我们的foo函数和bla函数各有一个符号。值字段给出了它们在.text部分中的位置。

使用的符号GrCircleDraw有一个符号：它是未定义的，因为此函数未在此.o文件中定义，但仍有待在其他地方找到。

在.text部分(.rela.text)的重新定位表中，您可以找到：

偏移量0x260处的重定位部分'.rea.text'包含1个条目：偏移信息类型符号。Value Sym。名称+地址00000000000 a 00090000002R_X86_64_PC32 0000000000000000GrCircleDraw-4

此地址在foo中：链接编辑器将用GrCircleDraw函数的地址修补此地址处的指令。

在被叫方

现在让我们自己编译一个GrCircleDraw:的实现

void GrCircleDraw(int x)
{
}

让我们看看它的符号表：

符号表".symtab"包含9个条目：Num:值大小类型绑定Vis-Ndx名称[…]8:0000000000000000000000009 FUNC GLOBAL DEFAULT 1 GrCircleDraw

它有一个GrCircleDraw条目，用于定义其在.text部分中的位置。

将它们连接在一起

因此，当链接编辑器将两个文件组合在一起时，它就知道：

  • 在哪个.o文件中定义了哪些函数及其位置
  • 其中，在调用者的代码中，它必须使用被调用者的地址进行更新

简单的答案是"编译器不需要知道，但链接器必须能够找到它"。通过多个.o文件或库，链接器必须能够找到GrCircleDraw函数的单个定义。

编译器只将extern函数的名称放入.obj文件中。编译器不需要了解更多信息。

当您开始链接时，作为开发人员，您有责任将所有必要的对象文件和库文件提供给链接器。Linker会将所有这些函数排列成二进制。如果没有指定正确的库或.obj文件，则使用unresolved blah-blah链接将失败。

默认库通常是隐式包含的。这会使事情复杂化并产生幻觉。您可以始终指定不需要任何隐式库，并显式包含所有内容。不幸的是，每个系统都有自己的方式。

链接通常是这样发生的：命令行被迭代，给出的每个参数都是

如果是对象文件，则直接使用
  2. 用于所需的范围(=完成迄今为止未解决的所有引用)

最后，必须满足每个引用才能成功链接。链接器命令行中给出的行顺序很重要。

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