C++程序链接过程简介课件

杨森2023/6/4C++程序链接过程简介编译器与链接器目标文件静态链接动态链接常用工具介绍2023/6/4大纲编译器与链接器目标文件静态链接动态链接常用工具介绍2023/6/4大纲2023/6/4被隐藏的过程#include<stdio.h>intmain(){printf(“helloworld\n”);

return

0;}hello.cca.outGCC2023/6/4被隐藏的过程SourceCodehello.cHeaderFilesstdio.h…Processing(cpp)Preprocessedhello.iCompilation(cc1plus)Assemblyhello.sAssembly(as)ObjectFilehello.oStaticLibrarylibc.aLinking(ld)Executablea.out2023/6/4链接器的产生很久很久以前，在一个非常遥远的银河系……人们编写程序时，将所有源代码都写在同一个文件中，发展到后来一个程序源代码的文件长达数百万行，以至于这个地方的人类已经没有能力维护这个程序了。人们开始寻找新的办法，一场新的软件开发革命即将爆发……2023/6/4链接器的产生0000101001…2…3…4100001115…jmpfoo0000101011…2…3…4…5100001116…符号重定位2023/6/4链接器的产生………xxxxxx…地址和空间分配符号决议重定位编译器与链接器目标文件静态链接动态链接常用工具介绍2023/6/4大纲编译器编译源代码后生成的文件(.obj.o)目标文件和可执行文件的结构是一样的常见格式：PE(PortableExecutable)，ELF(ExecutableLinkableFormat)，.COM静态链接库2023/6/4什么是目标文件2023/6/4ELF文件分类ELF文件类型说明实例可重定位文件(RelocatableFile)这类文件包含了代码和数据，可以被用来链接成可执行文件或共享目标文件，静态链接库也可以归为这一类Linux的.oWindows的.obj可执行文件(ExecutableFile)这类文件包含了可以直接执行的程序，它的代表就是ELF可执行文件/bin/bashWindows的.exe共享目标文件(SharedObjectFile)这种文件包含了代码和数据，既可以链接成为新的目标文件，也可以链接成为可执行文件Linux的.soWindows的DLL核心转储文件(CoreDumpFile)当系统以外终止时，系统可以将该进程的地址空间的内容及终止时的一些其他信息转储到核心转储文件Linux下的coredump2023/6/4目标文件的结构FileHeader.textsection.datasection.bsssectionintglobal_init_var=84;intglobal_uinit_var;voidfunc1(inti){printf("%d\n",i);}intmain(void){staticintstatic_var=85;staticintstatic_var2;inta=1;

intb;func1(global_init_var+static_var+a+b);

return

0; }为什么要将数据和代码分开存放？文件头(/usr/include/elf.h)：ELF魔数、文件机器字节长度、数据存储方式、版本、运行平台、ABI版本、ELF重定位类型……段表（e_shoff）：段名(sh_name)，段类型(sh_type)，标志位(sh_flag)，链接信息(sh_link,sh_info)……重定位表字符串表2023/6/4目标文件的结构偏移+0+1+2+3+4+5+6+7+8+9+0\0helloworl+10d\0Myvariab+20le\0偏移字符串0空字符串1helloworld6world12Myvariable将函数和变量统称为符号本地定义的全局符号、外部符号（ExternalSymbol）、局部符号、段名、行号符号修饰和函数签名弱符号和强符号extern“C”2023/6/4链接的接口——符号编译器与链接器目标文件静态链接动态链接常用工具介绍2023/6/4大纲2023/6/4空间与地址分配FileHeader.textsection.datasection.bsssectionObjectFileAFileHeader.textsection.datasection.bsssectionObjectFileBFileHeader.textsection.datasection.bsssectionOuputFileFileHeader.textsection.datasection.bsssectionObjectFileAObjectFileB2023/6/4空间与地址分配FileHeader.textsection.datasection.bsssectionObjectFileAFileHeader.textsection.datasection.bsssectionObjectFileBFileHeaderOuputFile.text.data.bss2023/6/4符号解析与重定位/*a.c*/externintshared;intmain(){inta=100;swap(&a,&shared);}/*b.c*/intshared=1;voidswap(int*

a,int*b){*a^=*b^=*a^=*b;}$lda.oa.o:Infunction`main`:a.c:(.text+0x1c):undefinedreferenceto`shared`a.c:(.text+0x27):undefinedreferenceto`swap`$readelf-sa.oSymboltable‘.symtab’contains10entries:

Num:ValueSizeTypeBindVisNdxName

8:000000000NOTYPEGLOBALDEFAULTUNDshared2023/6/4符号解析与重定位/*a.c*/externintshared;intmain(){inta=100;swap(&a,&shared);}/*b.c*/intshared=1;voidswap(int*

a,int*b){*a^=*b^=*a^=*b;}$objdump–oa.o26:e8fcffffffcall27<main+27>2b:80480ba:e809000000call80480c8<swap>80480bf指令地址修正链接器无法处理多个符号定义类型不一致的情况（三种情况）编译器将未初始化的全局变量定义作为弱符号处理针对弱符号当不同目标文件需要的COMMON块空间大小不一致时，以最大块为准若有强符号，以强符号为准若有弱符号空间大于强符号，有警告2023/6/4COMMON块ld:warning:alignment4ofsymbol`global`ina.oissmallerthan8inb.o重复代码消除函数级别链接（VS：/GyGCC：-ffunction-sections）全局构造与析构（.init.fini）

ABI:ApplicationBinaryInterface2023/6/4C++相关问题一组目标文件的集合(arlib.exe)2023/6/4静态库链接hello.olibc.aprintf.ovfprintf.ostdio.oOther.ofilesLinkerExcutableProgram一组目标文件的集合(arlib.exe)2023/6/4静态库链接C运行库相关DLL描述Libcmt.lib多线程静态库Msvcrt.libMsvcr90.dll多线程动态库Libcmtd.lib多线程静态调试库Msvcrtd.libMsvcr90d.dll多线程动态调试库编译器与链接器目标文件静态链接动态链接常用工具介绍2023/6/4大纲内存和磁盘空间程序开发和发布程序可扩展性与兼容性（插件）DLLHELLld-2.6.so2023/6/4为什么要动态链接装载时重定位（-shared）：无法共享指令地址无关代码（-fPIC）：Position-independentCode模块内部的函数调用、跳转模块内部的数据访问模块外部的函数调用、跳转模块外部的数据访问2023/6/4地址无关代码staticinta;externintb;externvoidext();voidbar(){a=1;

b=2;}voidfoo(){bar();ext();}Type2Type4Type1Type32023/6/4地址无关代码ProcessVirtualSpace.textGOT(Globaloffsettable).data.text.dataIntb=1000x20002000……0x100000000x20002000…Bootstrap动态链接器不能依赖于任何共享对象动态链接器所需全局和静态变量由自己重定位装载共享对象全局符号表遍历依赖重定位和初始