链接与自定义函数名同名的库函数

遇到一个问题: 封装SQLite3成静态库，过程中发现SQLite3的源码的shell.c中有main函数：

int SQLITE_CDECL main(int argc, char **argv){char *zErrMsg = 0;ShellState data;const char *zInitFile = 0;int i;int rc = 0;int warnInmemoryDb = 0;int readStdin = 1;int nCmd = 0;char **azCmd = 0;...

将其封装成静态库.a文件自然是被使用者调用的，也就是说使用者也要有自己的main函数才行。如此说来，在使用该.a的项目中就有了两个main函数，那应该是一定编译不过的，然而事实并非如此，程序能正常编译且符合设计逻辑运行，这涉及gcc中链接器ld的链接过程，于是通过自行编写测试程序试验一番。

新建如下文件：

addLib.和subLib.将编译为库函数使用，其实现为:

//addLib.h
#ifndef __ADDLIB_H__
#define __ADDLIB_H__int add(int a, int b);#endif /* __ADDLIB_H__ *///addLib.c
#include <stdio.h>
#include "addLib.h"int add(int a, int b)
{printf("%d + %d = %d\n", a, b, a + b);return 0;
}

//subLib.h
#ifndef __SUBLIB_H__
#define __SUBLIB_H__#include <stdio.h>
void sub(int a, int b);#endif /* __SUBLIB_H__ *///subLib.c
#include "subLib.h"void sub(int a, int b)
{printf("%d - %d = %d\n", a, b, a - b);
}

而main.c是对该库函数的调用：

#include <stdio.h>
#include "addLib.h"
#include "subLib.h"int main(void)
{add(4, 6);return 0;
}

简单写个makefile:

all : addLib.o subLib.oar -r libcal.a addLib.o subLib.o gcc main.c -L./ -lcaladdLib.o : addLib.cgcc -c $<subLib.o : subLib.cgcc -c $<clean:rm *.o *.a -rf

编译通过：

运行正确:

Linux的nm可列出目标文件的符号清单，通过它查看libcal.a：

图中的T表示该符号位于代码段，U表示在当前文件是未定义的，即该符号是定义在别的文件。

在这个例子中，链接的命令为

gcc main.c -L./ -lcal

其中gcc main.c其实是做了编译和链接，所以最后一步的链接操作是

gcc main.o -L./ -lcal

链接器从左向右扫描链接命令行参数中的.o和.a，最终目的是确定“最终.o文件集合”和各个.o文件中的外部符号的定义位置。
以本程序为例，
（1）首先是扫描main.o，main.o会无条件被加入到“最终.o文件集合”中，该文件引用了main符号，它是程序开始执行的符号，会将main放入“已定义符号表”中，接着又引用了外部符号符号add，因此会将add放入“未定义符号表”中。
（2）扫描到libcal.a中addLib.o，“未定义符号表”中存放的add在addLib.o中找到了定义，于是将addLib.o文件加入到“最终.o文件集合”中，且将add符号从“未定义符号表”中转换到“已定义符号表”中。但是在扫描addLib.o中，发现了外部符号printf，于是printf符号被放入“未定义符号表”。
（3）扫描到libcal.a中的subLib.o，此时“未定义符号表”中存放的是printf，并不能在subLib.o中找到定义，直接略过该文件，所以subLib.o并不加入到“最终.o文件集合”中，其中的符号信息也没有被加载“未定义符号表”和“已定义符号表”。
（4）“未定义符号表”里仍然存在printf符号，所以链接器会继续扫描，它往哪里扫描？链接命令上写到-lcal就截止了，其实c程序默认会去链接标准c库的，找到标准c库的定义printf符号的.o文件，并把该文件加入“最终.o文件集合”中，链接操作至此完成。注意链接完成的标志是“未定义符号表”中为空，也就是不能出现未定义的符号。

如上分析，因为main.c程序中并没有调用sub函数，subLib.o并不会被加入到“最终.o文件集合，那么在subLib.c中加上如下代码且不调用，同样是能编译通过咯：

void sub(int a, int b)
{printf("%d - %d = %d\n", a, b, a - b);
}int main(void)
{printf("in lib mian!\n");return 0;
}

果然如此：

main.c的main符号在库函数外部，链接器已经认识这个符号了，会将其放入“已定义的符号表”中，所以不会去扫描cal库内的subLib.o里的main符号。
再做改动，在main.c的main函数中调用subLib.c的sub函数：

int main(void)
{add(4, 6);sub(9, 2);return 0;
}

再编译就出现重定义错误了：

原因也很简单，因为main函数调用了sub函数导致subLib.c中的sub符号一开始放入到“未定义符号集”，再找到subLib.o后，该符号会被放入到“已定义符号集”，subLib.o也会随之加入“最终.o文件集合”中，问题就出现了：该集合中main.o和subLib.o均包含了main符号，自然就报错了！

综上所述，我们可以推论，链接器对目标文件(.o)和库文件(.a)是区别对待的。我们知道，可执行程序是由一系列的.o文件“合并”而成，以静态链接为例，“最终.o文件集合”中除了包含我们显示提供的由.c编译而来.o文件外，还有从.a库文件提取出来的.o文件，可执行程序对由.c编译而成的.o文件无条件的包含到“最终.o文件集合”中，而对从.a库提取的.o并非全盘提取，而是“按需”提取，“按需”是根据“未定义符号表”中的符号去提取的。这也符合软件设计的思想，尽可能使得可执行文件的size小。

实际开发中，我还遇到这样一个问题: 可执行程序链接了n个静态库和一个动态库，动态库想要调用静态库里的某个函数，运行时报错找不到该符号，通过前面的学习，可以分析原因就是在于，可执行程序虽然链接了这个静态库但并没有使用静态库的某个.o文件，导致.o没有真正被链接到可执行程序，而该.o文件的某个符号又要被动态库使用，这就出现了上面的报错了。解决办法无非就是让可执行程序去调用一下该符号了。

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