对链接的思考

程序测试可用于发现bug，从来不曾有一个测试未发现bug。——Edsger W.Dijkstra发现BUG，1972

1.函数库、链接和载入

首先我们说一说编译器，这些内容都和编译器有关。

编译器不是单一的庞大系统，通常由多达六七个稍小的程序所组成，这些程序由一个叫“编译器驱动器”（compiler driver）的控制程序调用。

先来点编译器的流程与组成图：

预处理器主要进行宏处理，文件包含，语言拓展等，就是#开头那些。

编译器的分析阶段也称为前端，它将程序划分为基本的组成部分，检查代码的词法、语义、语法，然后生成中间代码。分析阶段包括词法分析、语义分析和语法分析。

编译器的合成阶段也称为后端，生成目标代码，即代码生成器。

链接-载入器首先将一些目标文件链接起来形成可执行文件，寻找定位程序的参考模块，决定代码被加载到的内存位置，然后加载可执行文件到操作系统并执行，同时计算程序大小，为其创造内存空间，初始化多个寄存器来执行初始化。

链接是将各种代码和数据片段收集并组合成为一个单一的文件过程，这个文件被加载到内存并执行。在现代系统中，链接是由链接器程序（loader)自动执行的。

我们常说的目标文件不能直接执行，首先要到链接器中，链接器确定main函数为初始进入点（程序开始执行的地方），把符号引用绑定到内存地址，把所有目标文件集中在一起，再加上库文件，从而产生可执行文件。

开发时不可能只有一个源文件，对于多个源文件来讲会存在各种依赖关系，但是每一个源文件都是独立编译的，为了满足前面这些依赖关系，则需要对源文件产生的目标文件进行链接，从而形成一个可执行程序，这个过程就是静态链接。

如果函数库的一份copy是可执行文件的物理组成部分，那么称之为静态链接。可理解为：编译时完成链接。

静态链接并不是将静态库中的所有文件都加到我们的可执行文件中，而是只将我们用到的那部分复制，比如我们的 main 函数中调用了 printf 和 scanf 函数，那么链接器负责将 main.o 、 printf.o 、scanf.o 合并成一个可执行文件。

静态链接做了两件事：符号解析和重定位。

优点：

可执行程序中已经具备了所有执行程序所需要的任何东西，在执行的时候运行速度快。

缺点：

1.浪费空间：每个可执行程序中对所有需要的目标文件都要有一份副本，所以如果多个程序对同一个目标文件都有依赖，如多个程序中都调用了printf()函数，则这多个程序中都含有printf.o，所以同一个目标文件都在内存存在多个副本，就很浪费。

2.更新困难：每当库函数的代码修改后，就需要重新进行编译链接形成可执行程序。

动态链接允许系统提供一个庞大的函数库集合，可以提供许多有用的服务。但是程序在运行时寻找他们，而不是把这些函数库的二进制代码作为自身可执行文件的一部分。

可理解为：程序运行时，根据需求再去链接。

如果可执行文件只是包含了文件名，让载入器在运行时能够寻找程序所需要的函数库，就叫动态链接。目前Windows操作系统就采用了动态链接。提到动态链接就必须提到共享库这一概念。

共享库会被加载到内存中，然后所有的进程需要使用共享库中的内容时，就不用将其加入到程序文件中，而是直接共享它。中间的共享库内存映射区存放的就是共享库的内容，所有进程都通过该部分的内存映射来使用共享库。

1.动态库文件拓展名是“.so”，而静态库文件拓展名是“.a”

2.静态库中的符号提取方法比动态的限制更严格

3.观察头文件来确认使用的函数库

a.out是assembler output汇编程序输出的缩写。

这里的段不要与x86架构中的段混淆！UNIX中的段表示一个二进制文件相关的内容块，可以方便映射到链接器在运行时可以直接载入的对象中。从本质上来说，段在正在执行的程序中是一块内存区域，每个区域都有特定的目的。

BSS段：Block Started by Symbol，通常是指用来存放程序中未初始化的全局变量和静态变量的一块内存区域。特点是:可读写的，在程序执行之前BSS段会自动清0。所以，未初始的全局变量在程序执行之前已经是0了。

数据段：包含经过初始化的全局和静态变量以及他们的值。BSS段的大小可以从可执行文件中得到，然后链接器得到这个大小的内存块，紧跟在数据段之后。一般情况下，在任何进程中数据段是最大的段。

文本段：包含程序的指令。链接器把指令直接从文件拷贝到内存中后再也不管了，因为一般情况下程序的文本内容和大小都不会改变。

👋虚拟地址空间最低部分没有被映射，也就是说位于进程地址空间内但是没有赋予物理地址，任何对他的引用都是违法的，典型情况下是从0地址开始的几K字节，用于捕捉使用空指针和小整型值的指针引用内存情况。