链接器如何处理具有不同链接的变量？

Question

在C和C ++中，我们可以操纵变量的链接。 共有三种链接：无链接，内部链接和外部链接。 我的问题可能与为什么将这些称为“链接”有关（与链接器有何关系）。

我知道链接器能够通过外部链接处理变量，因为对该变量的引用不限于单个翻译单元，因此也不限于单个目标文件。 在操作系统课程中通常会讨论其实际运作方式。

但是，链接器如何处理（1）没有链接和（2）内部链接的变量？ 这两种情况有什么区别？

Answer 1

就C ++本身而言，这无关紧要：唯一重要的是系统整体的行为。 没有链接的变量不应该链接； 具有内部链接的变量不应跨翻译单元链接； 具有外部链接的变量应跨翻译单元链接。 （当然，作为编写C ++代码的人，你必须遵守所有的约束也是如此。）

程序编译器和连接器套件里面，不过， 我们当然要关心这个。 我们达到预期结果的方法取决于我们。 一种传统方法非常简单：

• 没有链接的标识符甚至不会传递给链接器。

• 内部连接的标识符不通过该连接器或者通过，或者通过被传递给链接，但注明“仅此一个翻译单元内使用”。 也就是说，它们没有.global声明，也没有.global的.local声明。

• 具有外部链接的标识符将传递到链接器，并且如果链接器看到内部链接标识符，则这些外部链接符号的标记将有所不同，例如，具有.global声明或没有.local声明。

如果您具有Linux或Unix之类的系统，请在编译器生成的目标（ .o ）文件上运行nm 。 请注意，某些符号用大写字母（例如T和D注释文本和数据：这些符号是全局的。 其他符号用小写字母（例如t和d注释：它们是局部的。 因此，这些系统使用“将内部链接传递给链接器，但将它们标记为与外部链接不同”。

Answer 2

链接程序通常不参与内部链接或不链接—它们完全由编译器解决，直到链接程序完全起作用为止。

内部链接意味着同一翻译单元中不同范围的两个声明可以引用同一事物。

没有联系

没有链接意味着相同翻译单元中不同作用域的两个声明不能引用相同的事物。

所以，如果我有这样的事情：

int f() { 
    static int x; // no linkage
}

...在任何其他范围内，没有其他x声明可以引用此x 。 链接器仅在通常必须在可执行文件中产生一个字段的程度内参与其中，该字段告诉它可执行文件所需的静态空间的大小，并且该字段将包含此变量的空间。 由于它永远不能被任何其他声明引用，因此链接器无需参与其中（特别是，链接器与解析名称无关）。

内部联系

内部链接意味着同一翻译单元中不同范围的声明可以引用同一对象。 例如：

static int x;  // a namespace scope, so `x` has internal linkage

int f() { 
    extern int x; // declaration in one scope
}

int g() { 
    extern int x; // declaration in another scope
}

假设我们将所有这些都放在一个文件中（即，它们最终以一个转换单元的形式结束），则f()和g()的声明都引用相同的东西-在命名空间范围内定义为static的x 。

例如，考虑如下代码：

#include <iostream>

static int x; // a namespace scope, so `x` has internal linkage

int f()
{
    extern int x;
    ++x;
}

int g()
{
    extern int x;
    std::cout << x << '\n';
}

int main() {
    g();
    f();
    g();
}

这将打印：

0
1

...因为在f()递增的x与在g()打印的x相同。

链接器在这里的参与可以（并且通常）与无链接情况下非常相似-变量x需要一些空间，并且链接器在创建可执行文件时指定该空间。 这不 ，但是，需要涉足确定当f()和g()都宣布x ，他们指的是同一x --the编译器可以确定。

我们可以在生成的代码中看到这一点。 例如，如果我们用gcc编译上面的代码，则f()和g()的相关位是这些。

F：

    movl    _ZL1x(%rip), %eax
    addl    $1, %eax
    movl    %eax, _ZL1x(%rip)

那是x的增量（它使用名称_ZL1x ）。

G：

    movl    _ZL1x(%rip), %eax
    [...]
    call    _ZStlsISt11char_traitsIcEERSt13basic_ostreamIcT_ES5_c@PLT

因此，这基本上是加载x ，然后将其发送到std::cout （我已经std::cout了其他代码的代码，我们在这里不关心）。

重要的部分是该代码引用了_ZL1x与所使用的f相同，因此它们都指向同一对象。

链接器并没有真正涉及，因为它看到的只是该文件已请求一个静态分配变量的空间。 它为此预留了空间，但是不必做任何事情就可以使f和g引用相同的东西-编译器已经处理过了。

Answer 3

我的问题可能与为什么将这些称为“链接”有关（与链接器有何关系）。

根据C标准，

可以通过称为链接的过程使在不同作用域或同一作用域中声明的标识符多次引用相同的对象或功能。

术语“链接”似乎相当合适-相同标识符的不同声明链接在一起，以便它们引用相同的对象或函数。 作为选择的术语，很自然地，实际上使链接发生的程序通常被称为“链接器”。

但是，链接器如何处理（1）没有链接和（2）内部链接的变量？ 这两种情况有什么区别？

链接器不必对没有链接的标识符执行任何操作。 对象标识符的每个此类声明都声明一个不同的对象（并且函数声明始终具有内部或外部链接）。

链接器也不必对具有内部链接的标识符执行任何操作，因为编译器通常可以执行所有需要使用它们进行的操作。 但是，具有内部链接的标识符可以在同一转换单元中多次声明，这些标识符都引用相同的对象或功能。 最常见的情况是带有前向声明的static函数：

static void internal(void);

// ...

static void internal(void) {
    // do something
}

文件作用域变量还可以具有内部链接和多个声明，所有这些声明都链接在一起以引用同一对象，但是多个声明部分对变量没有用。