链接在引用库的对象文件之前使用库

您正在尝试编译程序并将其与GCC工具链链接。链接指定了所有必要的库和库搜索路径如果libfoo依赖于libbar，那么链接会正确地将libfoo放在libbar之前。链接失败，对某些错误的引用未定义。但是所有未定义的东西都在你的头文件中声明#并且实际上是在您链接的库中定义的。

示例在C中。它们也可以是C++

一个涉及您自己构建的静态库的最小示例

my_lib.c文件

#include "my_lib.h"
#include <stdio.h>

void hw(void)
{
    puts("Hello World");
}

my_lib.h

#ifndef MY_LIB_H
#define MT_LIB_H

extern void hw(void);

#endif

例如1.c

#include <my_lib.h>

int main()
{
    hw();
    return 0;
}

构建静态库：

$ gcc -c -o my_lib.o my_lib.c
$ ar rcs libmy_lib.a my_lib.o

编译程序：

$ gcc -I. -c -o eg1.o eg1.c

尝试将其与libmy_lib.a链接，但失败：

$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o 
eg1.o: In function `main':
eg1.c:(.text+0x5): undefined reference to `hw'
collect2: error: ld returned 1 exit status

如果您在一个步骤中编译和链接，则会得到相同的结果，例如：

$ gcc -o eg1 -I. -L. -lmy_lib eg1.c
/tmp/ccQk1tvs.o: In function `main':
eg1.c:(.text+0x5): undefined reference to `hw'
collect2: error: ld returned 1 exit status

一个涉及共享系统库的最小示例，即压缩库libz

例如2.c

#include <zlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%s\n",zlibVersion());
    return 0;
}

编译程序：

$ gcc -c -o eg2.o eg2.c

尝试将程序与libz链接并失败：

$ gcc -o eg2 -lz eg2.o 
eg2.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'
collect2: error: ld returned 1 exit status

如果您一次编译并链接：

$ gcc -o eg2 -I. -lz eg2.c
/tmp/ccxCiGn7.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'
collect2: error: ld returned 1 exit status

示例2的一个变体涉及pkg配置：

$ gcc -o eg2 $(pkg-config --libs zlib) eg2.o 
eg2.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'

你做错了什么？

在要链接的对象文件和库序列中程序，您将库放在引用的对象文件之前他们您需要将库放在引用对他们来说。

正确链接示例1：

$ gcc -o eg1 eg1.o -L. -lmy_lib

成功：

$ ./eg1 
Hello World

正确链接示例2：

$ gcc -o eg2 eg2.o -lz

成功：

$ ./eg2 
1.2.8

正确链接示例2 pkg配置变体：

$ gcc -o eg2 eg2.o $(pkg-config --libs zlib) 
$ ./eg2
1.2.8

解释

从这里开始，阅读是可选的。

默认情况下，GCC在您的发行版上生成的链接命令，在中从左到右使用链接中的文件命令行序列。当它发现一个文件引用了某个并且不包含其定义，to将搜索定义在更右边的文件中。如果它最终找到了定义解析引用。如果任何引用在结束时仍未解决，链接失败：链接器没有向后搜索。

首先，示例1，使用静态库my_lib.a

静态库是对象文件的索引存档。当链接器在链接序列中找到-lmy-lib，并指出这是指到静态库/libmy_lib.a，它想知道您的程序是否需要libmy_lib.a中的任何对象文件。

libmy_lib.a中只有一个对象文件，即my_lib.o，并且只定义了一个对象在my_lib.o中，即函数hw。

链接器将决定您的程序需要my_lib.o，如果并且仅当它已经知道您的程序在一个或多个对象文件中引用hw添加到程序中，并且没有添加任何对象文件包含hw的定义。

如果这是真的，那么链接器将从库中提取my_lib.o的副本，并将其添加到您的程序中。然后，您的程序包含hw的定义，因此其对hw的引用被解析。

当您尝试链接程序时，如：

$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o

链接器在看到时没有将eg1.o添加到程序中-lmy_库。因为在这一点上，它还没有看到eg1.o。您的程序尚未引用hw:it根本没有做任何引用，因为它做的所有引用在eg1.o中。

因此，链接器不会将my_lib.o添加到程序中，并且没有其他内容用于libmy_lib.a。

接下来，它找到eg1.o，并将其添加到程序中。中的对象文件链接序列总是添加到程序中。现在，该程序使对hw的引用，并且不包含hw的定义；但是链接序列中没有任何内容可以提供缺失释义对hw的引用最终无法解析，链接失败。

第二，示例2，使用共享库libz

共享库不是对象文件或类似文件的存档更像是一个没有主功能的程序而是公开它定义的多个其他符号程序可以在运行时使用它们。

今天，许多Linux发行版配置其GCC工具链，以便其语言驱动程序（GCC、g++、gfortran等）指示系统链接器（ld）根据需要链接共享库。你有一个这样的发行版。

这意味着当链接器在链接序列中找到-lz，并发现这是指到共享库（例如）/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libz，它想知道它添加到程序中的任何尚未定义的引用是否具有libz导出的定义

如果这是真的，那么链接器将不会从libz和将它们添加到您的程序中；相反，它只会修改程序的代码从而：-

在运行时，系统程序加载器会将libz的副本加载到无论何时加载程序的副本，都可以执行与程序相同的过程。在运行时，每当程序引用libz，该引用使用中libz副本导出的定义相同的过程。

您的程序只想引用一个由libz导出的定义，即函数zlibVersion，在eg2.c中仅引用一次。如果链接器将该引用添加到程序中，然后找到定义由libz导出，引用被解析

但当您尝试链接程序时，如：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

事件的顺序是错误的，其方式与示例1相同。在链接器找到-lz时，没有对任何内容的引用在节目中：他们都在eg2.o中，这还没有被看到。所以链接器决定它不适用于libz。当它达到eg2.o时，将其添加到程序中，然后对zlibVersion有未定义的引用，链接序列完成；该引用未解析，链接失败。

最后，示例2的pkg配置变体现在有了一个显而易见的解释。壳体膨胀后：

gcc -o eg2 $(pkg-config --libs zlib) eg2.o

变为：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

这再次只是示例2。

我可以重复示例1中的问题，但不能重复示例2中的问题

联动装置：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

对你来说很好！

（或者：在Fedora 23上，这种链接很好，但在Ubuntu 16.04上失败了）

这是因为链接工作的发行版是不配置其GCC工具链以根据需要链接共享库。

过去，类unix系统链接静态和共享是很正常的不同的规则。链接序列中的静态库已链接但是共享库是无条件链接的。

这种行为在链接时是经济的，因为链接器不必考虑程序是否需要共享库：如果是共享库，大多数链接中的大多数库都是共享库。但也有缺点：-

这在运行时是不经济的，因为它会导致共享库与程序一起加载，即使不需要它们。静态库和共享库的不同链接规则可能会令人困惑对于不熟练的程序员，他们可能不知道-lfo是否在他们的联系中将解析为/some/where/libfoo.a或/some/wwhere/libfoo.so，并且可能不理解共享库和静态库之间的区别无论如何

这种权衡导致了今天的分裂局面。一些发行版有更改了共享库的GCC链接规则，以便根据需要这一原则适用于所有图书馆。一些发行版沿用了旧版本方法

为什么即使同时编译和链接，我仍然会遇到这个问题？

如果我这样做：

$ gcc -o eg1 -I. -L. -lmy_lib eg1.c

当然，gcc必须首先编译eg1.c，然后链接生成的带有libmy_lib.a的对象文件，那么它怎么可能不知道该对象文件在进行链接时是否需要？

因为使用单个命令编译和链接不会更改连杆顺序。

当您运行上面的命令时，gcc发现您需要编译+链接。因此，在幕后，它生成一个编译命令，并运行然后生成一个链接命令并运行它，就像您运行了两个命令：

$ gcc -I. -c -o eg1.o eg1.c
$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o

因此，如果运行这两个命令，链接就会失败。这个您在失败中注意到的唯一区别是gcc生成了编译+链接情况下的临时对象文件，因为您没有告诉它使用eg1.o.我们看到：

/tmp/ccQk1tvs.o: In function `main'

而不是：

eg1.o: In function `main':

另请参见

指定相互依赖的链接库的顺序错误

将相互依赖的库按错误的顺序排列只是一种方法在其中，您可以获取需要对即将到来的事物进行定义的文件在链接中晚于提供定义的文件。将库放在引用它们的对象文件是犯同样错误的另一种方式。

尽管这是一个有多个公认答案的老问题，但我想分享如何解决一个晦涩的“未定义引用”错误。

不同版本的库

我使用别名来引用std:：filesystem：：path：filesystem自C++17以来就在标准库中，但我的程序也需要在C++14中编译，所以我决定使用变量别名：

#if (defined _GLIBCXX_EXPERIMENTAL_FILESYSTEM) //is the included filesystem library experimental? (C++14 and newer: <experimental/filesystem>)
using path_t = std::experimental::filesystem::path;
#elif (defined _GLIBCXX_FILESYSTEM) //not experimental (C++17 and newer: <filesystem>)
using path_t = std::filesystem::path;
#endif

假设我有三个文件：main.cpp、file.h、file.cpp：

file.h#include的＜实验：：filesystem＞，并包含上面的代码file.cpp，file.h的实现，#include的“file.h”main.cpp#include的<文件系统>和“file.h”

注意main.cpp和file.h中使用的不同库。由于main.cpp#在＜filesystem＞之后包含了“file.h”，所以这里使用的文件系统版本是C++17版本。我曾经用以下命令编译程序：

$g++-g-std=c++17-c main.cpp->将main.cpp编译为main.o$g++-g-std=c++17-c file.cpp->将file.cpp和file.h编译为file.o$g++-g-std=c++17-o可执行文件main.o file.o-lsdc++fs->链接main.o和file.o

这样，任何包含在file.o中并在main.o中使用的需要path_t的函数都会出现“未定义的引用”错误，因为main.o引用std:：filesystem：：path，而file.o引用的是std:：experimental：：filesystem:：path。

决议

为了解决这个问题，我只需要将file.h中的＜experimental：：filesystem＞更改为＜filesystem＞。

什么是“未定义的引用/未解析的外部符号”

我将尝试解释什么是“未定义的引用/未解析的外部符号”。

注意：我使用的是g++和Linux，所有示例都是针对它的

例如，我们有一些代码

// src1.cpp
void print();

static int local_var_name; // 'static' makes variable not visible for other modules
int global_var_name = 123;

int main()
{
    print();
    return 0;
}

and

// src2.cpp
extern "C" int printf (const char*, ...);

extern int global_var_name;
//extern int local_var_name;

void print ()
{
    // printf("%d%d\n", global_var_name, local_var_name);
    printf("%d\n", global_var_name);
}

生成对象文件

$ g++ -c src1.cpp -o src1.o
$ g++ -c src2.cpp -o src2.o

在汇编程序阶段之后，我们有一个对象文件，其中包含要导出的任何符号。看看这些符号

$ readelf --symbols src1.o
  Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     5: 0000000000000000     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    4 _ZL14local_var_name # [1]
     9: 0000000000000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 global_var_name     # [2]

我拒绝了输出中的一些行，因为它们无关紧要

因此，我们看到要导出的以下符号。

[1] - this is our static (local) variable (important - Bind has a type "LOCAL")
[2] - this is our global variable

src2.cpp不导出任何内容，我们没有看到它的符号

链接我们的对象文件

$ g++ src1.o src2.o -o prog

并运行它

$ ./prog
123

Linker看到导出的符号并将其链接起来

// src2.cpp
extern "C" int printf (const char*, ...);

extern int global_var_name;
extern int local_var_name;

void print ()
{
    printf("%d%d\n", global_var_name, local_var_name);
}

并重建对象文件

$ g++ -c src2.cpp -o src2.o

好的（没有错误），因为我们只构建对象文件，链接还没有完成。尝试链接

$ g++ src1.o src2.o -o prog
src2.o: In function `print()':
src2.cpp:(.text+0x6): undefined reference to `local_var_name'
collect2: error: ld returned 1 exit status

发生这种情况是因为我们的local_var_name是静态的，即它对其他模块不可见。现在更深入。获取翻译阶段输出

$ g++ -S src1.cpp -o src1.s

// src1.s
look src1.s

    .file   "src1.cpp"
    .local  _ZL14local_var_name
    .comm   _ZL14local_var_name,4,4
    .globl  global_var_name
    .data
    .align 4
    .type   global_var_name, @object
    .size   global_var_name, 4
global_var_name:
    .long   123
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
; assembler code, not interesting for us
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

所以，我们看到local_var_name没有标签，这就是链接器找不到它的原因。但我们是黑客：），我们可以修复它。在文本编辑器中打开src1.s并更改

.local  _ZL14local_var_name
.comm   _ZL14local_var_name,4,4

to

    .globl  local_var_name
    .data
    .align 4
    .type   local_var_name, @object
    .size   local_var_name, 4
local_var_name:
    .long   456789

也就是说，你应该像下面这样

    .file   "src1.cpp"
    .globl  local_var_name
    .data
    .align 4
    .type   local_var_name, @object
    .size   local_var_name, 4
local_var_name:
    .long   456789
    .globl  global_var_name
    .align 4
    .type   global_var_name, @object
    .size   global_var_name, 4
global_var_name:
    .long   123
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
; ...

我们已经更改了localvarname的可见性，并将其值设置为456789。尝试从中构建对象文件

$ g++ -c src1.s -o src2.o

好，请参阅readelf输出（符号）

$ readelf --symbols src1.o
8: 0000000000000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 local_var_name

现在local_var_name具有绑定GLOBAL（以前是local）

link

$ g++ src1.o src2.o -o prog

并运行它

$ ./prog 
123456789

好的，我们破解它：）

因此，当链接器在对象文件中找不到全局符号时，就会发生“未定义的引用/未解析的外部符号错误”。

符号是在C程序中定义的，并在C++代码中使用。

函数（或变量）void foo（）是在C程序中定义的，您尝试在C++程序中使用它：

void foo();
int main()
{
    foo();
}

C++链接器希望名称被损坏，因此必须将函数声明为：

extern "C" void foo();
int main()
{
    foo();
}

等效地，函数（或变量）void foo（）不是在C程序中定义的，而是在C++中定义的但具有C链接：

extern "C" void foo();

并且尝试在C++链接的C++程序中使用它。

如果整个库包含在头文件中（并且编译为C代码）；包括以下内容：；

extern "C" {
    #include "cheader.h"
}

我正在构建一个共享/动态库。它在Linux和*BSD上运行，但在Mac OS X上，完全相同的编译和链接命令会产生未解决的引用错误。有什么好处？

Mac OS X在内部与Linux和*BSD非常不同。对象/可执行文件格式为

在Linux和*BSD上，当构建共享库时，默认情况下允许未解析的引用。期望它们在加载时能够满足主可执行文件和/或其他共享库的要求。如果在加载时无法解析这些符号，则共享库将无法加载。

在Mac OS X上，构建动态库时，默认情况下不允许未解析的引用。如果希望在加载时解析引用，则需要显式启用未解析的引用。这是使用未定义的dynamic_lookup链接器标志完成的。

在构建可加载插件时，允许未解析的引用非常有用。

模板实现不可见。

非专用模板的定义必须对使用它们的所有翻译单位可见。这意味着不能分离模板的定义到实现文件。如果必须分离实现，通常的解决方法是在头的末尾包含一个impl文件声明模板。常见的情况是：

template<class T>
struct X
{
    void foo();
};

int main()
{
    X<int> x;
    x.foo();
}

//differentImplementationFile.cpp
template<class T>
void X<T>::foo()
{
}

要解决这个问题，必须将X:：foo的定义移动到头文件或使用它的翻译单元可见的某个位置。

专用化模板可以在实现文件中实现，并且实现不必是可见的，但是必须事先声明专用化。

有关进一步的解释和另一种可能的解决方案（显式实例化），请参阅此问题和答案。