C++：6.编译加载过程的进一步说明

程序编译的过程首先先让我们回顾下程序编译的基本过程。我们编写的代码从编译到最终生成可执行程序中间经历的几个过程分别为预处理、编译、汇编、链接。预处理只做文本操作。如删除注释代码引入头文件内容、替换宏定义、保留或删除#ifdefine代码、添加行号等。这一步得到的文件还是原始代码属于高级语言范围能看懂。如果有语法错误这里是不做检查的交给下一步处理。编译对预处理的文本进一步检查。检查语法是否正确、变量类型是否正确、函数传参是否正确、代码格式是否正确等。这里是开发过程中报错最多的地方也最容易定位。这一步生成的文件内容是汇编代码。汇编对编译的文本进一步处理。这个过程做的事情比较多且是独立进行的。就是一个文件处理完后再处理另外一个文件。所以如果报错找不到动态库或引用肯定不是这里造成的是下一步链接阶段造成的。汇编过程就是将编译产生的汇编代码转为机器能识别的二进制指令。文件格式为*.o又被称为目标文件。目标文件中包含各个段信息如.text/.data/.bss/.rodata/.dynamic等。同时还会生成符号表、重定位表等。链接上一步中汇编是对每个文件分别处理互不干扰。而这一步刚好反过来它是将汇编生成的所有目标文件.o合并成一个可执行的最终文件。这一过程中会合并各个目标文件的段信息然后解析符号完成重定位表中函数地址的重定位以及到指定目录下查找第三方动态库等。报错发生的阶段从上面几个过程来看能发生报错的一定是编译和链接两个过程。而预处理和汇编不会报错。知道了报错的时机和阶段就更加容易排查和解决问题了。如报错变量类型不对那肯定是编译阶段报的错。好排查编译器很容易帮你定位具体代码。又比如报错“多重定义”。这个肯定是链接阶段的问题顾名思义就是某个符号变量或函数等在两份cpp文件都有了。删除一个或重命名一个即可解决。又比如报错“undefined reference to”。这个也是链接阶段的问题。没有找到xx的引用通常是你调用了某个动态库的函数但是没有指定动态库的路径。或者你指定的路径下有两个名称一样的动态库链接时候不知道用哪个了。汇编过程进一步说明上面也说了汇编产生的二进制文件会包含各种段信息和符合表信息。那如何查看这些信息呢用如下命令。1.查看段信息readelf -S Camera.o下面就是查询的各种段信息。其中.rodata是只读常量段.text是代码段.data是初始化的静态全局区.bss是未初始化的静态全局区。有时候结果太多无法查看还可以查看指定的段信息如查看代码段readelf -S Camera.o | grep .text这里汇总下目标文件中常见的几种段信息。段含义.text代码段.data已初始化的静态区/全局区.bss未初始化的静态区/全局区.rodata只读数据段存储字符串const常量等.symtab符号表.debug调试信息.rel.text代码重定位表链接时候补齐具体地址.rel.data数据重定位表链接时候补齐具体地址2.查看符号表查看符号表命令nm Camera.o -C结果为上图中u表示未定义符号。就是当前文件中使用了其他文件中的变量、函数。但是在汇编阶段无真实地址只是先记录下来等到链接时候再填上具体地址。上图可以看出调用配置文件和工具类方法都是外部文件代码不是本文件代码所以这里都显示u。链接过程进一步说明1.ELF格式说明目标文件.o和可执行文件以及动态库so都是ELF格式文件。ELF的含义就是“可执行与可链接格式”。其中目标文件.o和可执行文件区别是目标文件.o是独立的不同cpp文件编译汇编后都会生成一个独立的.o文件。虽然a.cpp调用了b.cpp中的某个函数但在汇编阶段他们是互不影响的。另外.o文件是不可执行的。而可执行文件是所有目标文件的汇总把所有.o文件中的信息都打包进同一个文件中。最终这个文件是可执行的。ELF文件包含很多信息查看并理解这些内容对我们理解整个编译过程很有帮助。不过由于其里面是二进制内容不能直接打开查看。所以要借助相关命令查看。后面会有具体命令说明。2.编译链接器链接阶段使用的工具叫编译链接器即/usr/bin/ld它负责在编译期把目标文件、动态库拼装成最终可执行文件。比如当链接报错时候前面显示的就是编译链接器名称。3.合并段信息是指合并各个目标文件的代码段 (.text)、数据段 (.data/.bss)等都给它放到可执行文件中去统一布局内存地址。4.符号解析和重定位修正代码里的地址占位符把外部函数调用、全局变量访问地址改成真实内存偏移地址。5.动态库链接链接阶段ld会读取各个动态库so的soname把DT_NEEDED写入你的可执行文件 ELF中。这样后面运行程序时候根据soname就能找到对应的动态库完成调用。那什么是soname呢soname全称是Shared Object Name即共享对象名称。它有什么作用呢。现在假设有这样一个场景。我正在调用一个第三方的sdk其中有个动态库叫libmv.so.1.1.0。由于对方不停的更新版本已经从libmv.so.1.1.0更新到了libmv.so.1.1.10了。每次更新后我都要重新编译代码非常麻烦尽管我的代码并没有改动。那有没有一种方式可以解决这个问题呢有就是使用soname。libmv.so.1.1.10是物理文件名称是可变的。而soname是内嵌在动态库中的标识像身份证一样。只要soname不变动态库名称无论变为多少都能准确找到。无需重新编译代码。6.查看soname我们可以使用patchelf查看soname如patchelf --print-soname libdvp.so上面可以发现即使将动态库重新命名了其携带的soname是不变的。而我们在makefile中指定的动态库名称其实就是这个soname而不是文件名称。这一点很重要。7.修改soname如果有两个动态库soname名称一样链接阶段大概率会报错。因为它不知道该链接哪一个。这时候我们就可以通过修改其中一个的soname来解决这个问题。修改命令为patchelf --set-soname libDH_MVSDK.so libDH_MVSDK.so.2.6.0.1.4125428.查看动态库依赖除了使用patchelf查看soname外我们还可以使用它来查看动态库依赖哪些额外的库。如patchelf --print-needed libdvp.so同样的ldd和readelf命令也提供了类似的查看功能。ldd可以查看动态库或可执行文件命令为ldd libdvp.so而readelf命令查看的信息更为全面不仅包含soname和依赖库还包含库路径等等其他信息。readelf -d libdvp.so运行程序1.ld-linuxld-linux是程序运行的一个很关键的动态库。注意它是一个库全称为ld-linux-x86-64.so.2叫动态链接器。和上面链接过程中的编译链接器是不一样的。一个编译期间使用一个运行期间使用。ld-linux主要作用是程序运行时由内核先启动它。它负责加载所有依赖的 .so 共享库、解析符号、完成运行时重定位最后把控制权交给主程序的 _start 入口。每个可执行文件头部都会包含ld-linux的具体路径可使用如下命令查看。patchelf --print-interpreter main常用命令汇总现在对上面使用到的命令统一汇总罗列下1.nm命令#查看符号表 -C是查看原始名称 nm Camera.o -C #查看动态库导出符号是否有可用的API nm -D libdvp.so | grep OpenDevice2.patchelf命令#查看动态库内部的soname patchelf --print-soname libdvp.so #修改soname patchelf --set-soname libDH_MVSDK.so libDH_MVSDK.so.2.6.0.1.412542 #查看动态库的依赖 patchelf --print-needed libdvp.so #查看可执行程序的动态链接器 patchelf --print-interpreter main3.readelf命令#查看所有段信息(Section) readelf -S libdvp.so #查看动态段信息SONAME、依赖库、rpath等 readelf -d libdvp.so #查看ELF头部基本信息 readelf -h libdvp.so4.ldd命令#查看可执行程序或动态库依赖 ldd libdvp.so