在编译系统中，链接程序（ld）如何知道将myprogram.o链接到谁？

Question

我最近阅读了CSAPP，并对其中的编译系统部分有疑问。

现在我们有一个使用HelloWorld.c的示例（只需打印hello world）。该书说在预处理阶段，他们用此头文件的内容替换了“ #include”行。但是，当我打开stdio.h时，我发现只有printf（）的声明，没有具体的实现。因此，在编译系统中，何时将引入printf（）的特定实现？

书还说，在链接阶段，链接器（ld）链接了helloworld.o和printf.o。为什么链接器知道将我的目标文件链接到printf.o？在编译系统中，为什么要在第一步（预处理阶段）中声明此功能，而在最后一步（链接阶段）中链接具体的实现？

Answer 1

实际上，过于简化：

• 您可以将函数编译到库中（例如，Unix上的.a或.so文件）。
• 该库具有一个函数主体（汇编指令）和一个函数名称。例如库libc.so具有printf函数，该函数从库文件0xaabbccdd中的字符编号libc.so开始。
• 您要编译程序。
• 您需要知道printf接受的参数。需要int吗？需要char *吗？需要uint_least64_t吗？它位于头文件-int printf(const char *, ...);中。标头告诉编译器如何调用函数（函数采用什么参数以及返回什么类型）。请注意，每个.c文件都是单独编译的。
• 函数声明（函数采用什么自变量以及返回什么）未存储在库文件中。它存储在标头中（仅）。该库具有函数名称（仅printf）和已编译的函数主体。标题中有int printf(const char *, ...);，没有函数体。
• 您编译程序。编译器生成代码，以便将大小合适的参数压入堆栈。并且从堆栈中，您的代码采用了从函数返回的变量。现在，您的程序被编译成看起来像push pointer to "%d\n" on the stack; push some int on the stack; call printf; pop from the stack the returned "int"; rest of the instructions;的程序集。
• 链接器搜索已编译的程序，并显示call printf。然后，它说：“哦，您的代码中没有printf正文”。因此，它将在库中搜索printf，以查看其位置。链接器会遍历与您的程序链接的所有库，并在标准库中找到printf-位于地址libc.so的{​​{1}}中。因此，链接器将0xaabbccdd替换为call printf类指令。
• 在所有“符号”（即函数名，变量名）被“解析”（链接器在某处找到它们）之后，您可以运行程序。 goto libs.so file to address 0xaabbccdd将跳至指定位置的文件call printf中。

我上面编写的内容仅用于说明目的。

Answer 2

为什么链接程序知道将我的目标文件链接到printf.o？

LD知道如何搜索和查找它们。您可以看到与男人ld.so在一起的人：

  

如果共享库依赖项不包含斜杠，则为   按以下顺序搜索：

     

  
• 使用二进制文件的DT_RPATH动态节属性中指定的目录（如果存在），而DT_RUNPATH属性不存在   存在。不建议使用DT_RPATH。
  
• 使用环境变量LD_LIBRARY_PATH，除非可执行文件在安全执行模式下运行（请参见下文），其中   如果忽略此变量。
  
• 使用二进制文件的DT_RUNPATH动态节属性中指定的目录（如果存在）。仅搜索此类目录   查找DT_NEEDED所需的那些对象（直接依赖项）   条目，并且不适用于这些对象的孩子，这必须   自己有自己的DT_RUNPATH条目。这与DT_RPATH不同，   应用于在依赖关系树中搜索所有子项。
  
• 来自缓存文件/etc/ld.so.cache，该文件包含以前在增强版中找到的候选共享对象的已编译列表。   库路径。但是，如果二进制文件与-z nodeflib链接   链接器选项，将跳过默认路径中的共享库。共享   安装在硬件功能目录中的对象（请参见下文）是   优先于其他共享对象。
  
• 在默认路径/ lib中，然后在/ usr / lib中。 （在某些64位体系结构上，64位共享对象的默认路径为/ lib64，   然后/ usr / lib64。）如果二进制文件与-z nodeflib链接   链接器选项，此步骤将被跳过。
  

在编译系统中，为什么要在第一步（预处理阶段）中声明此函数，并在最后一步（链接阶段）中链接具体的实现？

在编译阶段，您需要知道要链接的内容和相应的内容，因此它需要读取带有定义的.h文件。在链接阶段，仅需要.o个文件。

Answer 3

  

为什么链接程序知道将我的目标文件链接到printf.o

因为编译器在生成的内容（通常称为目标文件（.o））中注明了这一点。

  

为什么要在第一步中声明此功能...

要了解它。

  

...并在最后一步中链接具体的实现

因为不需要更早进行此操作。

Answer 4

所有C和C ++标准都告诉您，您需要#include给定的头文件以引入一些功能（在某些平台上甚至没有必要，尽管包含进来是一个好主意，从那时起，您正在编写便携式代码）。

这为编译器提供了很大的灵活性。

链接（如果有）将自动完成。请注意，某些功能甚至可能被硬编码到编译器本身中。

Answer 5

默认情况下，库（包含printf的实现）每次都在C程序中链接。

通过包含标头，您只需在编译时（暂时）指定声明的函数的实现（在标头内部）在其他位置即可。然后在链接阶段，这些功能实现会在您的代码中“添加”。