C/C++多個鏈接庫含有同名函數(shù)，編譯會報錯嗎

• • 起因
  • 基本概念
  • 同名函數(shù)測試
  • • 測試1：`.o`目標文件
    • 測試2：靜態(tài)庫
    • 測試3：動態(tài)庫
  • 同名函數(shù)的應(yīng)用

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起因

由于業(yè)務(wù)需要，我司使用了Mellanox某閉源C++程序，Mellanox推薦的定制化開發(fā)方法是：對其鏈接的動態(tài)庫進行定制化開發(fā)，以添加額外的功能。

在方案討論階段，發(fā)現(xiàn)很多同事對動態(tài)庫/靜態(tài)庫所代表的的含義并不十分清楚，特別是當同名函數(shù)存在時，編譯、鏈接、運行的結(jié)果是什么也沒有明確的認識，故寫下這篇文章。

基本概念

程序函數(shù)庫可分為下面幾種類型：

靜態(tài)函數(shù)庫（static libraries）：在編譯期間（compile-time）靜態(tài)鏈接庫會全部拷貝進編譯對象中，一般以.a文件的存在

動態(tài)函數(shù)庫（shared libraries）：在程序啟動的時候加載到程序中，它可以被不同的程序共享，一般以.so文件存在

• 動態(tài)加載函數(shù)庫（dynamically loaded libraries），在進程運行期間，使用dlfcn.h中的函數(shù)加載、調(diào)用、關(guān)閉動態(tài)庫

關(guān)于動態(tài)庫和靜態(tài)庫的優(yōu)缺點，相關(guān)文章很多，這里不再贅述

同名函數(shù)測試

使用兩個.c文件test2.c和test2.c包含同名函數(shù)void test()

// test1.c #include <stdio.h>void test() {printf("call from test1.c"); } // test2.c #include <stdio.h>void test() {printf("call from test2.c"); }

含有main函數(shù)的文件main.c

// main.c extern void test(); int main() {test(); }

測試1：.o目標文件

使用如下命令行，將test2.c和test2.c生成目標文件，并編譯可執(zhí)行文件

gcc -c ./test1.c gcc -c ./test2.c gcc -o main ./test1.o ./test2.o ./main.c

結(jié)果報錯：

./test2.o: In function `test': test2.c:(.text+0x0): multiple definition of `test' ./test1.o:test1.c:(.text+0x0): first defined here collect2: error: ld returned 1 exit status

可見，將包含同名函數(shù)的目標文件進行鏈接，如果其在同一個命名空間中，會報multiple definition錯誤。

測試2：靜態(tài)庫

使用如下命令行編譯靜態(tài)庫libtest1.a和libtest2.a

g++ -c ./test1.c g++ -c ./test2.c ar crv libtest1.a test1.o ar crv libtest2.a test2.o

接著我們鏈接編譯：

gcc -L. ./main.c -ltest1 -ltest2 -o main

可以編譯成功，無報錯。執(zhí)行結(jié)果如下

$ LD_LIBRARY_PATH=. ./main call from test1.c

有朋友會問：“為什么沒有報錯呢？我明明把包含同名函數(shù)的兩個靜態(tài)庫鏈接進同一個可執(zhí)行文件了。”

為了探究為什么沒有報錯，我們增加ld選項-Wl,--verbose來看看鏈接時到底發(fā)生了什么。再執(zhí)行編譯，我們得到輸出：

...attempt to open ./libtest1.so failed attempt to open ./libtest1.a succeeded (./libtest1.a)test1.o attempt to open ./libtest2.so failed attempt to open ./libtest2.a succeeded...

可以發(fā)現(xiàn)，最終的鏈接結(jié)果，輸出的二進制文件只鏈接了libtest1.a背后的test1.o文件，而沒有鏈接libtest2.a。編譯器這么做的含義是：

編譯器根據(jù)鏈接先后順序，依次查找鏈接庫。

首先查找libtest1.a，發(fā)現(xiàn)其有main函數(shù)需要的函數(shù)void test()，因此將其進行了鏈接。

再掃描到libtest2.a的時候，由于void test()已經(jīng)被libtest1.a中的符號提供，因此不再鏈接。

Stack Overflow中有個問題也談到了這點。

如果使用ld參數(shù)--whole-archive強行鏈接libtest1.a和libtest2.a，我們會看到和測試1同樣的報錯：

$ gcc -L. ./main.c -Wl,--whole-archive -ltest1 -ltest2 -Wl,--no-whole-archive -o main ./libtest2.a(test2.o): In function `test': test2.c:(.text+0x0): multiple definition of `test' ./libtest1.a(test1.o):test1.c:(.text+0x0): first defined here collect2: error: ld returned 1 exit status

測試3：動態(tài)庫

使用如下命令行編譯動態(tài)庫libtest1.so和libtest2.so并編譯可執(zhí)行文件。

gcc -shared -fPIC -o libtest1.so test1.c gcc -shared -fPIC -o libtest2.so test2.c gcc -L. ./main.c -ltest1 -ltest2 -o main

編譯無報錯，ldd檢查，libtest1.so和libtest2.so確實都鏈接進main可執(zhí)行文件中。執(zhí)行結(jié)果如下：

$ LD_LIBRARY_PATH=. ./main call from test1.c

可見，在動態(tài)鏈接時，不同的鏈接庫可以有同名函數(shù)，不影響編譯。這是由動態(tài)鏈接庫的性質(zhì)決定的，其只有在運行時才會動態(tài)加載，并且加載的順序是由編譯時鏈接的順序決定的。這也就說符號會以第一個查找到的為準（Symbols are resolved on a first match basis）。

我們也可以通過設(shè)置LD_PRELOAD，提前將某動態(tài)庫load進內(nèi)存。

同名函數(shù)的應(yīng)用

有朋友會提出這樣的疑問，上面雖然做了這么多實驗，但多少有點語言律師的感覺，這些知識能改善我們?nèi)粘Ｉ顔?#xff1f;日常工作中能用的到嗎？答案當然是能用得到。

最簡單的應(yīng)用場景，比如某開源庫中有個函數(shù)我不喜歡，我想寫個自己的版本替換掉，那么完全可以利用上述的知識，將自己實現(xiàn)的某函數(shù)以動態(tài)或者靜態(tài)的方式鏈接進可執(zhí)行文件中，替換自己不喜歡的版本。

工業(yè)上常見的應(yīng)用有以下幾種：

替換庫：大名鼎鼎的tcmalloc就是以這種方式運行的。我們將tcmalloc鏈接進程序，只要tcmalloc庫的查找順序優(yōu)先于libc，就可以替換原生的內(nèi)存管理函數(shù)為tcmalloc版本。

mock測試：陳碩在文章中詳述了如何在C++單元測試中mock系統(tǒng)調(diào)用。其中的鏈接期墊片 (link seams)方法，就是利用libc一般情況下是動態(tài)鏈接的特性，在進程中mock系統(tǒng)調(diào)用。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C/C++多个链接库含有同名函数，编译会报错吗的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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