为什么可以链接静态库，尽管有未定义的引用（缺少 `extern "C"`）？

Question

我没有需要解决的问题，但对以下问题感到非常困惑：

我正在使用 CMake（内部使用 gcc）。不确定这是否重要。

假设我有一个项目，由一个 C++ 静态库 LibCpp 和一个演示 C++ 可执行文件 DemoCpp 组成，link 并使用 LibCpp。 LibCpp 库是从 C 和 C++ 源代码编译而来的。正确的做法是让 LibCpp 的 C++ 代码文件将所有 C 头文件包含为 extern "C" {#include "c_header.h"}。如果这样做，静态库 link 没问题，可执行文件 DemoCpp 成功 link 到 LibCpp。一切正常。

假设，我忘记放入 extern "C"，只将 C 头文件作为 C++ 头文件包含在内。正如预期的那样，整个项目未能 link。然而，这让我感到困惑，当 DemoCpp 尝试 link 到 LibCpp 时 linking 失败！ 我本以为它已经在 linking 静态库。但是，静态库（例如 LibCpp.a 文件）构建得很好，就是不能使用。

这让我很困惑，因为对于 link 静态库（我认为），linker 必须将引用解析为编译为 C 的代码。这也很烦人在我看来，因为我不能依赖图书馆“link能够”，因为图书馆本身设法 linked。我错过了什么吗？

你不需要看下面的代码示例，除非你不明白我的问题或者不相信我说的。

# CMakeLists.txt
cmake_minimum_required(VERSION 3.17)

project(LibraryLinkerEvil)

# Toggle this line to see that linking fails for DemoCpp BUT NOT FOR LibCpp!!!
add_compile_definitions(USE_EXTERN_C)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 17)
add_library(LibCpp cpp_lib.cpp util.c)

add_executable(DemoCpp main.cpp)
target_link_libraries(DemoCpp PRIVATE LibCpp)

// cpp_lib.cpp
#ifdef USE_EXTERN_C
extern "C" {
#endif

#include "util.h"

#ifdef USE_EXTERN_C
}
#endif

int call_c_function(int a, int b) {
    return add(a,b);
}

// main.cpp
#include <iostream>

int call_c_function(int a, int b); // could be in a separate C++ header.

int main() {
    std::cout << "Hello, World! " << call_c_function(2,2) << std::endl;
    return 0;
}

// util.h (C header)
#ifndef LIBRARYLINKEREVIL_UTIL_H
#define LIBRARYLINKEREVIL_UTIL_H

int add(int a, int b);

#endif //LIBRARYLINKEREVIL_UTIL_H

// util.c (C source file)
int add(int a, int b) {
    return a+b;
}

Answer 1

因为 C++ 支持函数重载，函数名称在编译过程中被“破坏”，因此它们在目标文件中具有唯一的名称。使用 extern "C" 可以防止发生这种情况。

如果您在编译时遗漏了 extern "C"，那么 call_c_function 将调用名称为 add 的 C++ 函数，特别是经过处理的名称将是 _Z3addii.由于 add 存在于 .c 文件中，它具有未损坏的名称而不是损坏的名称，因此现在 _Z3addii 被认为是一个外部函数，就像 printf 一样，并且像所有其他外部函数一样它们预计将在可执行文件的 link 时解析，而不是编译时，而不是在创建静态库时。

创建静态库时，您实际上并没有 linking。您只是将几个目标文件分组到一个更大的档案中。这样，当 linking 实际发生时，您只需要 link 一个文件而不是多个文件。

Answer 2

并非所有引用都需要在创建库时解析。如果您的库代码依赖于另一个库怎么办？创建库时不会解析这些引用。当您 link 将库添加到您的可执行文件时，它们会得到解决，在这种情况下，您还需要 link 它与其他库一起提供这些依赖项。

图书馆liba.a:

void from_b();
void from_a()
{
    from_b();
}

库 libb.a:

void from_b()
{
    ...
}

main.cpp:

void from_a();
int main()
{
    from_a();
}

Compiling/linking:

g++ main.cpp -la -lb

如果没有 -lb，您会在此处遇到未定义的引用错误。

Answer 3

I would have expected it to fail already at linking the static library.

未链接静态“库”。其组成的 object 文件已存档 - 为方便起见，将其捆绑在一个 object 存档 中。这就是静态“库”。您可以将其视为一堆 object 文件打包在一个“zip”文件中，然后链接器可以对其进行解码。

因此，唯一链接 object 存档的过程是链接目标二进制文件本身（将其链接到 .dll/.so 或可执行文件中）。

object 存档的使用等同于组成 object 文件的使用：您可以将所有 object 文件传递给链接器，而不是将存档传递给链接器它包含，结果相同。

在 Unix 上，管理 object 档案的工具的典型名称是 ar (archiver) - 确实是一个非常具有描述性的名称。在 Unix 传统中，静态“库”被称为 object archives。术语静态“库”是一个令人困惑的用词不当，应该被禁止。

通常 ar 是一个比链接器小得多的程序——通常小一个数量级。最基本的存档只是添加了 header 的串联。

为什么可以链接静态库，尽管有未定义的引用（缺少 `extern "C"`）？

Why can a static library be linked despite undefined references (missing `extern "C"`)?

c

c++

linker

static-libraries