至此，我们学习的方向已经从程序与硬件的交换转向了与（系统软件）的交互，而链接可以帮助我们了解系统如何构造我们的程序。
源程序翻译成可执行文件经过四阶段，即 预处理，编译，汇编和链接。预处理与编译相关的内容可以看 这里。本篇博客着重讨论链接问题。
一. 基础概念
- 静态链接：
静态链接器以一组可重定位目标文件为输入，生成 完全链接的，可加载运行的可执行目标文件 为输出。链接器应完成两个主要任务：
-
符号解析：目标文件 定义与引用 符号，每个符号对于一个函数，全局变量或静态变量。符号引用 与 符号定义 应一一关联。
-
重定位：链接器将每个符号定义 与 一个内存位置关联起来。从而将代码与数据节重定位。链接器修改所有对这些符号的引用并指向这个内存位置。
- 目标文件：
目标文件有三个形式：
- 可重定位目标文件：包含二进制码与数据，不能被执行
- 可执行目标文件：前者经过链接得到的产物，可被直接复制到内存并执行。
- 共享目标文件：特殊类型的可重定位目标文件，可在加载或运行时被动态地加载进内存并链接。
- 符号：
每个可重定位目标模块 m 都有一个符号表，包含了 m 多定义和引用的符号信息。有三种不同的符号：
- 全局符号：模块 m 定义且可被其他模块引用，对应与非静态函数与全局变量。
- 外部符号：其他模块定义且被 m 引用，对于其他函数的非静态函数与全局变量。
- 局部符号：只在 m 内定义与引用，对应静态（static）属性的函数与全局变量。它们不能被其他模块引用。
局部变量在运行时的栈中被管理，不关链接器啥事。而带有 static 属性的局部变量是受链接器调控的，符号表为其创建唯一的本地链接器符号。
- 可重定位目标文件
目标文件是按照对应的格式组织的，对于 Linux 系统，采用的是 ELF（可执行可链接模式），典型的 ELF 大概是这样：
二. 静态链接器
1. 符号解析：
对于同模块中局部符号的引用，编译器仅允许每个模块的每个局部符号有一个定义，本地链接器对于静态局部变量也确保有唯一的名字；
而对于全局符号，编译器遇到某个非当前模块定义的符号时，会假设该符号在其他模块中被定义，并生成一个链接器符号表条目交给链接器。若链接器找不到这个引用复活的定义，就会终止并报错。
更有甚者，多个目标文件可能会定义相同名字的全局符号，应对该问题必须找到一个合适的规范。在 Linux 编译系统中，编译器向汇编器输出的每个全局符号分类为 强符号 与 弱符号，并隐含地编码在符号表里。
- 强符号：函数以及初始化的全局变量；
- 弱符号：未初始化的全局变量；
根据强弱符号的定义有以下规则：
- 不许有多个同名的强符号。
- 如果有一个强符号与多个弱符号，选择强符号。
- 若多个弱符号重名则随机选择。
如果遇到了以下情况，便可能遇到未曾设想的错误：
由于 double 类型为八字节，而 int 类型只有四字节；若引用 double 类型的 x，则会覆盖 y 的空间。
2. 重定位：
重定位将合并输入模块，并为每个符号分配运行时地址。
重定位有两步组成： 重定位节与符号定义 与 重定义符号引用。前者使得程序中每条指令和全局变量都有唯一的运行时地址，后者对于代码节与数据节的符号引用进行修改，使其指向正确的运行时地址。
而重定义符号引用依赖于 重定位条目 的数据结构，具体地说，当汇编器生成目标模块时，对于最终位置未知的目标引用，他就会生成一个重定位条目，指导连接器进行 重定义符号引用。
以下述程序为例：
int array[2] = {1,2};
int main()
{
int val = sum(array, 2);
return val;
}
对于上述程序，编译器会产生以下汇编代码：
其中红字即为调用链接器的提示，并将其存储在目标文件的重定位部分，其中 array 与 sum 即为全局符号。而 R_X86_64_32 表示使用 32 位绝对寻址 进行重定位，R_X86_64_PC32 表示用 32 位 PC 相对寻址 进行重定位。
其中，当 CPU 执行一条使用 PC 相对寻址的指令时，它就将在指令中编码的 32 位值加上PC 的当前运行时值，得到有效地址（如 call 指令的目标），PC值通常是下一条指令在内存中的地址。
3. 静态库链接
我们都是假设链接器读取一组可重定位目标文件，并把它们链接起来，形成一个输出的可执行文件。
实际上，所有的编译系统都提供一种机制，将所有相关的目标模块打包成为一个单独的文件，称为 静态库，它可以用做链接器的输入。当链接器构造一个输出的可执行文件时，它只复制静态库里被应用程序引用的目标模块。
这样相比于链接一整个模块来说，减少了可执行文件在磁盘和内存中的大小；且如果需要修改某个函数也不需要编译全部源文件，只需要重新编译那个函数的模块再重新排列好就行了。
在 Linux 系统中，静态库以一种称为 存档 的特殊文件格式存放在磁盘中。
存档文件是一组连接起来的可重定位目标文件（.o 文件）的集合，有一个头部用来描述每个成员目标文
件的大小和位置。存档文件名由后缀 .a 标识，运行模式如上图。
关于静态库如何通过链接器链接，我懒了。
三. 动态链接库
静态链接库的缺点，库函数的代码会被复制到每个运行进程的文本段中，造成内存资源的极大浪费（内存的一个有趣的性质就是，无论系统内存有多大，它总是个稀缺资源，就像磁盘空间和你身旁的垃圾桶）。
共享库可以解决该缺陷。它可以在程序 运行或加载 时，加载到 任意的内存地址，并和一个内存中的程序链接起来，该过程称为 动态链接。在 Linux 中通常用 .so 文件表示，微软通常把共享库称为 DLL。
一个库只有一个 .so 文件。 所有引用该库的可执行目标文件共享这个文件中的代码和数据，而不是像静态库的内容那样 被复制和嵌入 到引用它们的可执行的文件中。
其次，一个共享库的 text 节的一个副本同样可以被不同的正在运行的进程共享。