链接器如何知道extern函数的定义在哪里？

Question

我读了几篇帖子并得出结论,extern告诉编译器"这个函数存在,但它的代码在其他地方.不要惊慌." 但链接器如何知道函数的定义位置.

我的案例: - 我正在研究Keil uvision 4.有一个头文件grlib.h,主函数在grlib_demo.c(它包含grlib.h).现在,有一个函数GrCircleDraw()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);

在grlib.h中.我的查询是链接器如何知道GrCircleDraw()的定义,因为Circle.c不包含在grlib.h和grlib_demo.c中

注意: - 文件grlib.h和Circle.c位于同一文件夹中.代码运行成功.

Answer 1

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文件或通过库,链接器必须能够找到GrCircleDraw函数的单个定义.

Answer 2

当您以ELF 格式编译 .o 文件时，文件中有很多内容，.o例如：

• .text包含代码的部分；
• .data, .rodata,.rss包含全局变量的部分；
• a.symtab包含.o（及其在文件中的位置）中的符号（函数、全局变量等）列表以及.o文件使用的符号；
• 诸如.rela.text重定位列表之类的部分——这些是链接编辑器（和/或动态链接器）为了将程序的不同部分链接在一起而必须进行的修改。

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;
}

和：

gcc -o test.o test.c -c

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

您可以使用以下命令查看 .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：值大小类型绑定可视 Ndx 名称
     0: 0000000000000000 0 NOTYPE LOCAL DEFAULT UND 
[...]
     8: 0000000000000000 21 FUNC 全局默认值 1 foo
     9: 0000000000000000 0 NOTYPE GLOBAL DEFAULT UND GrCircleDraw
    10: 0000000000000015 11 FUNC 全局默认值 1 bla

我们的foo函数有一个符号，一个用于bla。值字段给出了它们在该.text部分中的位置。

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

在.text( .rela.text)部分的重定位表中，您可以找到：

偏移量 0x260 处的重定位部分“.rela.text”包含 1 个条目：
  偏移信息类型符号。价值符号。名称 + 加号
00000000000a 000900000002 R_X86_64_PC32 0000000000000000 GrCircleDraw - 4

此地址在foo: 链接编辑器将使用GrCircleDraw函数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实现GrCircleDraw：

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：值大小类型绑定可视 Ndx 名称
[...]
     8: 0000000000000000 9 FUNC 全局默认值 1 GrCircleDraw

它有一个条目用于GrCircleDraw定义其在其.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，它知道：

• 在哪个.o文件中定义了哪些函数及其位置；
• 在调用者的代码中，它必须用被调用者的地址更新。

Answer 3

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

当您开始链接时，作为开发人员，您有责任将所有必要的目标文件和库文件提供给链接器。链接器会将所有这些函数排列成一个二进制文件。如果您没有指定正确的库或.obj文件，链接将简单地失败并显示unresolved blah-blah.

默认库通常是隐式包含的。这使事情复杂化并产生幻觉。您始终可以指定不想要任何隐式库并显式包含所有内容。不幸的是，每个系统都以自己的方式做到这一点。