《程序员的自我修养》-（4）静态链接
引言
当我们编写一个程序时，往往需要将多个源文件编译成目标文件，再将这些目标文件链接成一个可执行文件。这个过程中，链接器扮演着至关重要的角色，它负责将目标文件中的代码和数据段合并起来，并解析符号表中的符号，完成函数调用和数据引用。本文将通过分析两个目标文件之间的静态链接过程，深入探讨静态链接的原理和应用。
静态链接过程
假设我们有两个源文件 a.c 和 b.c，其中 a.c 引用了 b.c 中的函数。使用 gcc -c 编译后，得到两个目标文件 a.o 和 b.o。静态链接的过程如下：
加载目标文件： 链接器将 a.o 和 b.o 加载到内存中。
合并段： 链接器将 a.o 和 b.o 中的代码段和数据段合并起来，形成可执行文件的代码段和数据段。
解析符号表： 链接器解析每个目标文件的符号表，找出未定义的符号（引用了但未定义）和已定义的符号（被引用且已定义）。
符号解析： 链接器将未定义的符号与已定义的符号匹配，并建立符号表之间的引用关系。
重定位： 链接器修改可执行文件中的指令和数据，使它们指向正确的内存地址。
生成可执行文件： 链接器将合并后的代码段、数据段和符号表写入可执行文件中。
目标文件分析
我们以 a.c 和 b.c 为例，分析它们的符号表和链接过程。
a.c
#include "b.h"
void func() {
b();
}
符号表：
func：已定义的函数
b：未定义的函数（引用了 b()）
b.c
void b() {
printf("Hello from b()\n");
}
符号表：
b：已定义的函数
链接过程
当 a.o 和 b.o 链接时，链接器解析符号表，发现 a.o 中的 b 是未定义的，而 b.o 中的 b 是已定义的。链接器将这两个符号匹配起来，并修改 a.o 中的指令，使 b() 调用 b.o 中的 b() 函数。最终，链接器生成一个可执行文件，其中包含了 a.o 和 b.o 中的代码和数据。
优点和缺点
静态链接具有以下优点：
快速加载： 可执行文件一次性加载到内存中，无需在运行时解析外部依赖项。
可移植性： 可执行文件包含了所有必要的代码和数据，无需依赖外部库。
静态链接也有一些缺点：
体积较大： 可执行文件包含所有链接的目标文件，可能导致体积较大。
更新困难： 如果依赖的库更新，需要重新编译和链接整个可执行文件。
结论
静态链接是一种将目标文件合并成可执行文件的方法，它通过符号解析和重定位完成了函数调用和数据引用。通过分析两个目标文件的链接过程，我们了解了静态链接的原理和应用。静态链接具有快速加载和可移植性的优点，但也存在体积较大、更新困难的缺点。