第四章：静态链接
4.1 空间与地址分配
空间分配
静态链接时，链接器需要为每个目标文件分配空间。主要包括：
- 代码段空间
- 数据段空间
- BSS 段空间
示例代码：
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| #include <stdio.h>
int a = 10;
int b = 20;
void func_a() {
printf("a = %d, b = %d\n", a, b);
}
|
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| #include <stdio.h>
int c = 30;
int d = 40;
void func_b() {
printf("c = %d, d = %d\n", c, d);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern void func_a();
extern void func_b();
int main() {
func_a();
func_b();
return 0;
}
|
编译和链接命令：
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|
gcc -c static_a.c -o static_a.o
gcc -c static_b.c -o static_b.o
gcc -c static_main.c -o static_main.o
gcc static_a.o static_b.o static_main.o -o static_program
objdump -h static_program
|
地址分配
链接器需要为每个符号分配地址。主要包括：
- 代码段地址
- 数据段地址
- BSS 段地址
使用以下命令查看地址分配：
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nm static_program
readelf -S static_program
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符号解析
链接器需要解析所有符号的引用。主要包括：
- 全局符号解析
- 局部符号解析
- 弱符号解析
示例代码：
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| #include <stdio.h>
int global_var = 10;
static int static_var = 20;
void func_a() {
printf("global_var = %d, static_var = %d\n", global_var, static_var);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern int global_var;
static int static_var = 30;
void func_b() {
printf("global_var = %d, static_var = %d\n", global_var, static_var);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern void func_a();
extern void func_b();
int main() {
func_a();
func_b();
return 0;
}
|
编译和链接命令：
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|
gcc -c symbol_resolve_a.c -o symbol_resolve_a.o
gcc -c symbol_resolve_b.c -o symbol_resolve_b.o
gcc -c symbol_resolve_main.c -o symbol_resolve_main.o
gcc symbol_resolve_a.o symbol_resolve_b.o symbol_resolve_main.o -o symbol_resolve_program
nm symbol_resolve_program
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4.2 符号解析与重定位
符号解析
符号解析的过程：
- 收集所有目标文件的符号
- 建立符号表
- 解析符号引用
示例代码：
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| #include <stdio.h>
int a = 10;
void func_a() {
printf("a = %d\n", a);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern int a;
void func_b() {
printf("a = %d\n", a);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern void func_a();
extern void func_b();
int main() {
func_a();
func_b();
return 0;
}
|
编译和链接命令：
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gcc -c resolve_a.c -o resolve_a.o
gcc -c resolve_b.c -o resolve_b.o
gcc -c resolve_main.c -o resolve_main.o
gcc resolve_a.o resolve_b.o resolve_main.o -o resolve_program
nm resolve_program
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重定位
重定位的过程：
- 计算符号的最终地址
- 修改符号引用
- 更新重定位表
示例代码：
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| #include <stdio.h>
int a = 10;
void func_a() {
printf("a = %d\n", a);
}
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| #include <stdio.h>
extern int a;
void func_b() {
printf("a = %d\n", a);
}
|
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| #include <stdio.h>
extern void func_a();
extern void func_b();
int main() {
func_a();
func_b();
return 0;
}
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编译和链接命令：
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gcc -c relocate_a.c -o relocate_a.o
gcc -c relocate_b.c -o relocate_b.o
gcc -c relocate_main.c -o relocate_main.o
gcc relocate_a.o relocate_b.o relocate_main.o -o relocate_program
objdump -r relocate_a.o
objdump -r relocate_b.o
objdump -r relocate_main.o
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重定位表
重定位表记录了需要重定位的位置。主要包括：
- 重定位类型
- 重定位符号
- 重定位地址
使用以下命令查看重定位表：
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readelf -r relocate_program
readelf -S relocate_program
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实践练习
- 空间分配实验
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cat > space_test.c << EOL
#include <stdio.h>
int global_var = 10;
static int static_var = 20;
void func() {
printf("global_var = %d, static_var = %d\n", global_var, static_var);
}
int main() {
func();
return 0;
}
EOL
gcc -c space_test.c -o space_test.o
objdump -h space_test.o
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- 符号解析实验
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cat > resolve_test.c << EOL
#include <stdio.h>
extern int global_var;
void func() {
printf("global_var = %d\n", global_var);
}
int main() {
func();
return 0;
}
EOL
gcc -c resolve_test.c -o resolve_test.o
nm resolve_test.o
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- 重定位实验
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objdump -r resolve_test.o
readelf -S resolve_test.o
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思考题
- 静态链接时，链接器如何分配空间？
- 符号解析的过程是什么？
- 重定位的作用是什么？
- 重定位表的作用是什么？
- 如何处理符号冲突？
参考资料
- 《程序员的自我修养：链接、装载与库》
- GNU Binutils 文档
- System V ABI
- ELF 文件格式规范
- GCC 在线文档