程序的链接(四)：静态链接

Step 1：静态链接的符号解析

依旧用一个简单的C程序来说明。

首先，自定义一个静态库文件：

image.png

可以看到，程序中有如下函数调用关系：

调用关系：main—>myfunc1—>printf

符号的解析过程，用到了3个集合，分别是：

• E：将被合并以组成可执行文件的所有目标文件集合；
• U：当前所有未解析的引用符号的集合
• D：当前所有定义的符号的集合

具体解析过程：

一开始E、U、D 三个集合都为空，首先扫描main.o，把它加入E，同时把myfunc1加入U，把main加入D；
接着扫描mylib.a，将U中的所有符号（本例为 myfunc1）与mylib.a中的所有目标模块（本例为myproc1.o和myproc2.o）进行匹配，发现在myproc1.o中定义了myfunc1，故将myproc1.o加入E，将myfunc1从U移到D。在myproc1.o中还发现未解析的符号printf，故将printf加入U。不断在mylib.a的其他目标模块中进行匹配U中的符号，直到U、D都不再变化。此时U中还有一个未解析的符号printf，而D中有main和myfunc1，因为模块myproc2.o没有被加入E中，所以它被丢弃。
接着扫描默认的库 libc.a，发现其目标模块printf.o中定义了printf，故将printf.o加入E，printf从U移到D，同时把它定义的所有符号加入D，而所有的未解析符号加入U。处理完libc.a时，U一定是空的。

如果将上面的命令 gcc -static -o myproc main.o ./mylib.a 改为：
gcc -static -o myproc ./mylib.a main.o 结果会怎样？

首先，会扫描mylib.a，因为它是静态库，所以应该根据U中的未解析符号来逐个匹配mylib.a中的目标模块，但是一开始时，U是空的，所以mylib.a中的所有目标模块都会被丢弃；接着扫描main.o，将其加入E，发现在main.o中有未解析的符号myfunc1，将其加入U。符号解析结束，结果到了最后，U中的myfunc1都不能被解析，故链接出错！

因此，总结链接器对符号的外部引用的解析算法要点如下：

• 按照命令行给出的顺序扫描.o和.a文件
• 扫描期间将当前未解析的符号引用记录到U中
• 每遇到一个新的.o或.a中的模块，都试图用其来解析U中的符号
• 如果扫描到最后，U中还有未被解析的符号，则发生错误
  避免该问题的方法就是将静态库放在编译命令的最后。

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Step 2：静态链接的符号重定位

符号解析完成后，就可进行重定位了。

前面的链接概述的文章提到过，符号的重定位分为以下三步：

1. 合并相同的节

将集合E的所有目标模块中相同的节合并成新节。例如，所有 .text节合并作为可执行文件的 .text节

2. 对符号定义进行重定位（确定地址）

确定新节中所有的符号定义在虚拟地址空间中的地址。例如，为函数确定首地址，进而确定每条指令的地址，为变量确定首地址

3. 对符号引用进行重定位（填入地址）

修改.text节和.data节中对每个符号的引用（地址）
需要用到 .rel.text 和 .rel.data节中保存的重定位信息

这里有必要对重定位信息进行说明，如图：

image.png

下面是一个符号重定位的示例，如图：

① 首先进行符号解析

image.png

符号解析的结果是：
E中有main.o和swap.o两个模块，D中有所有定义的符号。
在main.o和swap.o的重定位条目中有重定位信息，反映符号引用的位置、绑定的符号名、重定位类型。

② 合并相同的节

image.png

③ 具体看一看main.o和swap.o的符号重定位的过程：
main.o 重定位前：

image.png

main.o 中的符号表：

image.png

通过这个例子，介绍一下R_386_PC32和R_386_32的重定位方式，如下图：

1. R_386_PC32

   
   image.png

2. R_386_32

   
   image.png
   image.png
   image.png

swap.o的重定位

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