为啥链接库的顺序有时会导致 GCC 出错？

Posted 2023-02-22

【中文标题】为啥链接库的顺序有时会导致 GCC 出错？

【英文标题】：Why does the order in which libraries are linked sometimes cause errors in GCC?为什么链接库的顺序有时会导致 GCC 出错？

【发布时间】：2008-09-05 02:24:19

【问题描述】：

为什么链接库的顺序有时会导致 GCC 出错？

【问题讨论】：

现在参见 ***.com/questions/7826448/… -- TLDR gcc 最近更改为（相对）更严格的行为。

【参考方案1】：

_{（查看这个答案的历史以获得更详细的文本，但我现在认为读者更容易看到真正的命令行）。}

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以下所有命令共享的公共文件

$ cat a.cpp
extern int a;
int main() 
  return a;


$ cat b.cpp
extern int b;
int a = b;

$ cat d.cpp
int b;

链接到静态库

$ g++ -c b.cpp -o b.o
$ ar cr libb.a b.o
$ g++ -c d.cpp -o d.o
$ ar cr libd.a d.o

$ g++ -L. -ld -lb a.cpp # wrong order
$ g++ -L. -lb -ld a.cpp # wrong order
$ g++ a.cpp -L. -ld -lb # wrong order
$ g++ a.cpp -L. -lb -ld # right order

链接器从左到右搜索，并在搜索过程中记录未解析的符号。如果一个库解析符号，它会使用该库的目标文件来解析符号（在这种情况下，b.o 来自 libb.a）。

静态库相互依赖的工作方式相同——首先需要符号的库，然后是解析符号的库。

如果一个静态库依赖于另一个库，但另一个库又依赖于前一个库，则存在循环。您可以通过用-( 和-) 封闭循环依赖库来解决此问题，例如-( -la -lb -)（您可能需要转义括号，例如-\( 和-\)）。然后，链接器会多次搜索这些包含的库，以确保解决循环依赖关系。或者，您可以多次指定库，因此每个库都在另一个之前：-la -lb -la。

链接到动态库

$ export LD_LIBRARY_PATH=. # not needed if libs go to /usr/lib etc
$ g++ -fpic -shared d.cpp -o libd.so
$ g++ -fpic -shared b.cpp -L. -ld -o libb.so # specifies its dependency!

$ g++ -L. -lb a.cpp # wrong order (works on some distributions)
$ g++ -Wl,--as-needed -L. -lb a.cpp # wrong order
$ g++ -Wl,--as-needed a.cpp -L. -lb # right order

这里也一样——库必须遵循程序的目标文件。与静态库相比，这里的不同之处在于您不需要关心库之间的依赖关系，因为动态库自己会整理它们的依赖关系。

一些最近的发行版显然默认使用--as-needed 链接器标志，它强制程序的目标文件位于动态库之前。如果传递了该标志，则链接器将不会链接到可执行文件实际不需要的库（并且它从左到右检测到这一点）。我最近的archlinux发行版默认不使用这个标志，所以它没有因为没有遵循正确的顺序而报错。

创建前者时省略b.so 对d.so 的依赖是不正确的。然后在链接a 时需要指定库，但a 本身并不需要整数b，因此不应该关心b 自身的依赖关系。

如果您错过指定 libb.so 的依赖关系，这里是一个示例

$ export LD_LIBRARY_PATH=. # not needed if libs go to /usr/lib etc
$ g++ -fpic -shared d.cpp -o libd.so
$ g++ -fpic -shared b.cpp -o libb.so # wrong (but links)

$ g++ -L. -lb a.cpp # wrong, as above
$ g++ -Wl,--as-needed -L. -lb a.cpp # wrong, as above
$ g++ a.cpp -L. -lb # wrong, missing libd.so
$ g++ a.cpp -L. -ld -lb # wrong order (works on some distributions)
$ g++ -Wl,--as-needed a.cpp -L. -ld -lb # wrong order (like static libs)
$ g++ -Wl,--as-needed a.cpp -L. -lb -ld # "right"

如果您现在查看二进制文件有哪些依赖项，您会注意到二进制文件本身也依赖于libd，而不仅仅是libb。如果libb 稍后依赖于另一个库，则需要重新链接二进制文件，如果你这样做的话。如果其他人在运行时使用dlopen 加载libb（考虑动态加载插件），调用也会失败。所以"right" 也应该是wrong。

【讨论】：

重复直到所有符号都解决了，嗯 - 你会认为他们可以管理拓扑排序。 LLVM 拥有自己的 78 个静态库，具有谁知道什么依赖项。确实，它还有一个脚本来计算编译/链接选项 - 但你不能在所有情况下都使用它。

@Steve 这就是程序lorder + tsort 所做的。但有时没有顺序，如果你有循环引用。然后你只需要循环浏览库列表，直到一切都解决。

@Johannes - 确定最大的强连接组件（例如 Tarjans 算法），然后对组件的（固有非循环的）有向图进行拓扑排序。每个组件都可以被视为一个库 - 如果需要组件中的任何一个库，则依赖循环将导致需要该组件中的所有库。所以不，确实不需要循环遍历所有库来解决所有问题，也不需要笨拙的命令行选项 - 使用两种众所周知的算法的一种方法可以正确处理所有情况。

我想为这个出色的答案添加一个重要的细节：使用“-(archives -)”或“--start-group archives --end-group”是唯一确定的-fire 解决循环依赖关系的方法，因为每次链接器访问档案时，它都会拉入（并注册未解析的符号）仅解析当前未解析符号的目标文件。因此，CMake 在依赖图中重复连接组件的算法可能偶尔会失败。 （有关更多详细信息，另请参阅链接器上的 Ian Lance Taylor's excellent blog post。）

您的回答帮助我解决了链接错误，并且您已经非常清楚地解释了如何避免陷入困境，但是您知道为什么它会以这种方式工作吗？

【参考方案2】：

GNU ld 链接器是所谓的智能链接器。它将跟踪前面的静态库使用的函数，永久地从其查找表中丢弃那些未使用的函数。结果是，如果您过早地链接静态库，则该库中的函数在链接行后面的静态库中不再可用。

典型的 UNIX 链接器从左到右工作，因此将所有依赖库放在左侧，将满足这些依赖关系的库放在链接行的右侧。您可能会发现一些库依赖于其他库，而同时其他库也依赖于它们。这就是复杂的地方。当涉及到循环引用时，请修复您的代码！

【讨论】：

这是只有 gnu ld/gcc 的东西吗？或者这是链接器常见的东西？

显然更多的 Unix 编译器有类似的问题。 MSVC 也不是完全没有这些问题，但它们似乎并没有那么糟糕。

MS 开发工具不会过多地显示这些问题，因为如果您使用全 MS 工具链，它最终会正确设置链接器顺序，而您永远不会注意到问题。

MSVC 链接器对这个问题不太敏感，因为它会在所有库中搜索未引用的符号。如果多个库具有符号，则库顺序仍会影响 哪个 符号被解析。来自 MSDN ：“库也按命令行顺序搜索，但有以下警告：首先在该库中搜索从库中引入目标文件时未解析的符号，然后从命令行中搜索以下库和/DEFAULTLIB（指定默认库）指令，然后到命令行开头的任何库"

"... 智能链接器 ..." - 我相信它被归类为“单通道”链接器，而不是“智能链接器”。

【参考方案3】：

这里有一个例子来说明当涉及到 static 库时，GCC 是如何工作的。所以让我们假设我们有以下场景：

myprog.o - 包含 main() 函数，依赖于 libmysqlclient libmysqlclient - 静态，为了示例（当然，您更喜欢共享库，因为 libmysqlclient 很大）；在/usr/local/lib；并依赖于来自libz 的东西 libz（动态）

我们如何链接它？ （注意：使用 gcc 4.3.4 在 Cygwin 上编译的示例）

gcc -L/usr/local/lib -lmysqlclient myprog.o
# undefined reference to `_mysql_init'
# myprog depends on libmysqlclient
# so myprog has to come earlier on the command line

gcc myprog.o -L/usr/local/lib -lmysqlclient
# undefined reference to `_uncompress'
# we have to link with libz, too

gcc myprog.o -lz -L/usr/local/lib -lmysqlclient
# undefined reference to `_uncompress'
# libz is needed by libmysqlclient
# so it has to appear *after* it on the command line

gcc myprog.o -L/usr/local/lib -lmysqlclient -lz
# this works

【参考方案4】：

如果您将-Wl,--start-group 添加到链接器标志，则它不关心它们的顺序或是否存在循环依赖关系。

在 Qt 上，这意味着添加：

QMAKE_LFLAGS += -Wl,--start-group

节省了大量的时间，而且它似乎并没有减慢链接速度（无论如何这比编译花费的时间要少得多）。

【讨论】：

它之所以有效是因为/usr/bin/ld: missing --end-group; added as last command line option

【参考方案5】：

另一种选择是两次指定库列表：

gcc prog.o libA.a libB.a libA.a libB.a -o prog.x

这样做，您不必担心正确的顺序，因为引用将在第二个块中解析。

【参考方案6】：

一个让我大吃一惊的小技巧：如果您将链接器调用为“gcc”或“g++”，那么使用“--start-group”和“--end-group”将不会传递这些选项通过链接器——它也不会标记错误。如果您的库顺序错误，它将使用未定义的符号链接失败。

您需要将它们写为“-Wl,--start-group”等，以告诉 GCC 将参数传递给链接器。

【参考方案7】：

您可以使用 -Xlinker 选项。

g++ -o foobar  -Xlinker -start-group  -Xlinker libA.a -Xlinker libB.a -Xlinker libC.a  -Xlinker -end-group 

几乎等于

g++ -o foobar  -Xlinker -start-group  -Xlinker libC.a -Xlinker libB.a -Xlinker libA.a  -Xlinker -end-group 

小心！

组内的顺序很重要！ 这是一个例子：调试库有一个调试例程，但非调试 库具有相同的弱版本。你必须把调试库 组中的第一个，否则您将解析为非调试版本。 您需要在组列表中的每个库前面加上 -Xlinker

【参考方案8】：

我已经看到了很多，我们的一些模块链接了超过 100 个我们的代码库以及系统和第 3 方库。

根据不同的链接器 HP/Intel/GCC/SUN/SGI/IBM/etc，您可以获得未解析的函数/变量等，在某些平台上您必须列出两次库。

在大多数情况下，我们使用库、核心、平台、不同抽象层的结构化层次结构，但对于某些系统，您仍然需要使用链接命令中的顺序。

一旦你找到了解决方案，就将它记录下来，这样下一个开发人员就不必再次解决它。

我的老讲师曾经说过，“高内聚低耦合”，今天仍然如此。

【参考方案9】：

至少在某些平台上，链接顺序确实很重要。我见过以错误顺序链接到库的应用程序崩溃（错误意味着 A 在 B 之前链接，但 B 取决于 A）。