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[操作系统]gcc 库的链接顺序问题


前言

最近MIPS上开发一个程序,需要用到浮点运算。

写好bootloader,main函数,在main函数调用log浮点运算,包含math库。

然后再写好makefile,ld脚本。

gcc的参数用到了:

CFLAGS= -c -march=3081 -msoft-float -fno-inline  $(ENDIAN) -G0

ld的参数用到了:

LDFLAGS= -march=3081 -msoft-float -nostartfiles -lgcc -lm -lc  -Wl,-Map,rlx_test.map

库的链接顺序

本文的重点是讲述gcc库的链接顺序。

刚开始的时候,在链接参数部分,我的顺序是这么安排的: -lc -lgcc -lm。

结果compile正常,但是在ld的时候,遇到问题了,总是报log函数找不到errno变量。

经过仔细分析,发现我的程序本身是有问题的,运算表达式可以总结为:log(a)。

结果a为0了,log函数会报错,会将错误代码赋给__errno这个全局变量。而__errno变量是声明在errno.h头文件中,但是定义在libc的某个file中。

gcc库的链接顺序,官方是这么解释的:

https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gcc-5.2.0/gcc/Link-Options.html#Link-Options

gcc -l 解释如下:
       -l library
           Search the library named library when linking.  (The second alter-
           native with the library as a separate argument is only for POSIX
           compliance and is not recommended.)

           It makes a difference where in the command you write this option;
           the linker searches and processes libraries and object files in the
           order they are specified.  Thus, foo.o -lz bar.o searches library z
           after file foo.o but before bar.o.  If bar.o refers to functions in
           z, those functions may not be loaded.

这句话翻译过来的意思就是说,如果你的库在链接时安排的顺序是:foo.o -lz bar.o。那么gcc的链接器先搜索库foo,然后是z库,然后是bar库。

这样就带来一个问题,如果库bar调用了库z里面的函数,但是链接器是先搜索的库z,这时候并没有发现库bar调用库z啊,所以就不会把库z中的这部分函数体挑出来进行链接。

而是只把库z中,被foo库调用的函数体挑出来。

 

回到我们之前的描述。

由于__errno全局变量是定义在库libc中,而库libm中的log函数会访问__errno全局变量。这就要求链接时,libm在libc的前面。所以我们应该这样安排库的链接顺序:

 -lm -lgcc -lc 

一句话,越是被别人调用的越底层的库,就越放在后面;越是调用别人的越上层的库,就越放在前面。

库的说明

下面我们来讲讲libm,libgcc, libc分别是做什么用的:

libm库,是数学运算函数的库,里面包含了各种基本的数学函数实现,例如sin,cos,平方根,log等。

libgcc库,要想用gcc编译代码就需要调用的库,里面包含了一些基本的函数。参考https://gcc.gnu.org/onlinedocs/gccint/Libgcc.html。例如部分整形/浮点运算,异常处理,一些杂项函数。

libc库,是c的标准库,里面包含了基本输入输出函数,memcpy之类,string copy之类的函数。

从这些库的用途,我们就知道为什么要按照-lm -lgcc -lc 的顺序调用了。

当然在编译内核和一些库时,我们可能会看到nostdlib,这个选项,意思是不调用标准库libc和libgcc,而是要我们自己去实现这些基本的库函数被内核函数调用。

一些编译和链接参数的说明

-march=3081,是指定cpu架构是MIPS 3081。

-msoft-float,是针对没有FPU单元的CPU,编译浮点运算代码需要的,也叫软浮点。

-nostartfiles,是指不用默认的bootload代码,而要用我们自己写启动引导代码。