c++ - C++ 链接在实践中是如何工作的？

coder 2023-05-02 原文

这个问题在这里已经有了答案:

What do linkers do?

(4 个回答)

5年前关闭。

C++ 链接在实践中是如何工作的？我正在寻找的是有关链接如何发生的详细说明，而不是链接的命令。

已经有一个关于编译的类似问题，没有详细说明:How does the compilation/linking process work?

最佳答案

编辑 :我已将此答案移至拷贝:https://stackoverflow.com/a/33690144/895245

本回答重点关注 地址搬迁 ，这是链接的关键功能之一。

将使用一个最小的例子来阐明这个概念。

0) 简介

总结:搬迁编辑.text要翻译的目标文件部分:

目标文件地址

进入可执行文件的最终地址

这必须由链接器完成，因为编译器一次只能看到一个输入文件，但我们必须一次了解所有目标文件才能决定如何:

解析 undefined symbol ，如声明的未定义函数

不冲突多个.text和 .data多个目标文件的部分

先决条件:最少了解:

x86-64 或 IA-32 组件

ELF 文件的全局结构。我做了 a tutorial for that

链接与 C 或 C++ 无关:编译器只生成目标文件。链接器然后将它们作为输入，而无需知道编译它们的语言。它也可能是 Fortran。

所以为了减少 shell ，让我们研究一个 NASM x86-64 ELF Linux hello world:

section .data
    hello_world db "Hello world!", 10
section .text
    global _start
    _start:

        ; sys_write
        mov rax, 1
        mov rdi, 1
        mov rsi, hello_world
        mov rdx, 13
        syscall

        ; sys_exit
        mov rax, 60
        mov rdi, 0
        syscall

编译和组装:

nasm -felf64 hello_world.asm            # creates hello_world.o
ld -o hello_world.out hello_world.o     # static ELF executable with no libraries

使用 NASM 2.10.09。

1) .o 的.text

首先我们反编译.text目标文件的部分:

objdump -d hello_world.o

这使:

0000000000000000 <_start>:
   0:   b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
   5:   bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
   a:   48 be 00 00 00 00 00    movabs $0x0,%rsi
  11:   00 00 00
  14:   ba 0d 00 00 00          mov    $0xd,%edx
  19:   0f 05                   syscall
  1b:   b8 3c 00 00 00          mov    $0x3c,%eax
  20:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
  25:   0f 05                   syscall

关键的几行是:

   a:   48 be 00 00 00 00 00    movabs $0x0,%rsi
  11:   00 00 00

这应该将 hello world 字符串的地址移动到 rsi register，它被传递给 write 系统调用。

可是等等!编译器怎么可能知道在哪里"Hello world!"加载程序时会在内存中结束吗？

好吧，它不能，特别是在我们链接一堆.o之后文件连同多个 .data部分。

只有链接器可以这样做，因为只有他才能拥有所有这些目标文件。

所以编译器只是:

放置一个占位符值 0x0在编译输出

向链接器提供了一些额外信息，说明如何使用正确地址修改编译后的代码

此“额外信息”包含在 .rela.text 中目标文件的部分

2) .rela.text
.rela.text代表“.text 部分的重定位”。

使用重定位这个词是因为链接器必须将地址从对象重定位到可执行文件中。

我们可以拆卸 .rela.text部分:

readelf -r hello_world.o

其中包含;

Relocation section '.rela.text' at offset 0x340 contains 1 entries:
  Offset          Info           Type           Sym. Value    Sym. Name + Addend
00000000000c  000200000001 R_X86_64_64       0000000000000000 .data + 0

本节的格式固定记录在:http://www.sco.com/developers/gabi/2003-12-17/ch4.reloc.html

每个条目告诉链接器一个需要重定位的地址，这里我们只有一个用于字符串。

稍微简化一下，对于这一行，我们有以下信息:

Offset = C : .text的第一个字节是什么此条目更改。

如果我们回头看反编译的文本，它就在临界区 movabs $0x0,%rsi 中。，而那些了解 x86-64 指令编码的人会注意到，这对指令的 64 位地址部分进行了编码。

Name = .data :地址指向.data科

Type = R_X86_64_64 ，它指定必须完成什么计算才能转换地址。

该字段实际上取决于处理器，因此记录在 AMD64 System V ABI extension 中。第 4.4 节“搬迁”。

该文件说 R_X86_64_64做:

Field = word64 : 8 个字节，因此 00 00 00 00 00 00 00 00地址 0xC

Calculation = S + A

S是被重定位地址的值，因此 00 00 00 00 00 00 00 00

A是 0 的加数这里。这是重定位条目的字段。

所以S + A == 0我们将被重新定位到 .data 的第一个地址部分。
3) .out 的.text

现在让我们看看可执行文件 ld 的文本区域为我们生成:

objdump -d hello_world.out

给出:

00000000004000b0 <_start>:
  4000b0:   b8 01 00 00 00          mov    $0x1,%eax
  4000b5:   bf 01 00 00 00          mov    $0x1,%edi
  4000ba:   48 be d8 00 60 00 00    movabs $0x6000d8,%rsi
  4000c1:   00 00 00
  4000c4:   ba 0d 00 00 00          mov    $0xd,%edx
  4000c9:   0f 05                   syscall
  4000cb:   b8 3c 00 00 00          mov    $0x3c,%eax
  4000d0:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
  4000d5:   0f 05                   syscall

因此，从目标文件更改的唯一内容是关键行:

  4000ba:   48 be d8 00 60 00 00    movabs $0x6000d8,%rsi
  4000c1:   00 00 00

现在指向地址 0x6000d8 ( d8 00 60 00 00 00 00 00 在小端)而不是 0x0 .

这是hello_world 的正确位置吗？字符串？

为了决定我们必须检查程序头，它告诉 Linux 在哪里加载每个部分。

我们拆解它们:

readelf -l hello_world.out

这使:

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000400000 0x0000000000400000
                 0x00000000000000d7 0x00000000000000d7  R E    200000
  LOAD           0x00000000000000d8 0x00000000006000d8 0x00000000006000d8
                 0x000000000000000d 0x000000000000000d  RW     200000

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00     .text
   01     .data

这告诉我们.data第二部分，从 VirtAddr 开始= 0x06000d8 .

数据部分唯一的内容是我们的 hello world 字符串。

关于c++ - C++ 链接在实践中是如何工作的？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/12122446/

amp 43 code br 00 c++linker

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