連結的目的連結過程

1.  連結的目的

    原始碼經過編譯後，產生了一系列的目標檔案。每一個目標檔案，具有自己的程式碼片段、資料區段、符號表、重定位表等資訊（參考目標檔案結構介紹）。

    在程式碼片段中，編譯產生的機器代碼需要訪問資料區段的資料，或是程式碼片段的函數。但在單個目標檔案中，只有局部的資料和代碼資訊。如下例：

    檔案a.c:

    unsigned long a = 10;

     

    void main()

    {

        print_a();

    }

 

    檔案b.c:

    #include <stdio.h>

    extern unsigned long a;

    void print_a()

    {

        printf(“%d”,a);

    }

    編譯後，a.c和b.c分別產生了a.o和b.o檔案。在a.o中，資料區段中為a，程式碼片段中有main；在b.o中，程式碼片段中有print_a函數。

    a.o中，訪問了b.o中的print_a函數，而b.o中訪問了a.o中的資料a。但問題是每一個.o都只能知道自已的局部資料和函數的地址，因此就需要通過連結過程，對a.o和b.o中的指令（調用print_a函數及訪問a資料）進行重點位。這也是靜態連結的主要目的所在。

 

    2. 
連結的過程

    連結主要分為兩個步驟以：

    1) 
空間與地址分配

       
每個.o檔案中都有自己的程式碼片段和資料區段，在多個檔案合并後，這些指令和資料如何組織？通常是採用相似段合并的方式，將多個.o檔案中的程式碼片段合并為一個程式碼片段，資料區段合并為一個資料區段。

       
這樣做的好處是可以空間消耗（因為作業系統在分配空間時最小單位是頁），並且可以提高記憶體訪問的命中率。

       
在進行相似段合并時，連結器會根據.o中每個段的長度、屬性和位置等，計算出合并後的長度與位置，然後並每一個.o的中的符號合并到全域符號表，記錄每一個符號的新的位置。

 

    2) 
符號解析與重定位

       
這一步是連結過程中核心，連結器通過重定位表，擷取到每一個需要進行重定位的指令的位置以及符號，然後通過符號表查詢符號的地址，修改指令中訪問的地址。

       
如果在這個過程中，無法在符號表中找到需要重定位的符號，就會出現連結失敗，也就是我們常見的”undefined reference to ‘xxx’”錯誤。

 

       
在符號表中，除了全域符號外，COMMON類型的符號也需要進行重定位，又稱為COMMON塊。COMMON塊通常用來處理弱符號。

       
編譯器將未初始化的全域變數定義為弱符號。當多個原始碼檔案中存在相同的弱符號時，連結器採用如下策略決定弱符號的大小：

       
(1)    存在同名的強符號時，以強符號為準

       
(2)    不存在同名強符號時，以最大的弱符號為準