链接器 | Tony Bai

四月 25, 2013

与在Solaris系统上不同，Linux的libc库中包含了libiconv库中函数的定义，因此在Linux上使用libiconv库相关函数，编译时是不需要显式-liconv的。但最近我的一位同事在某redhat enterprise server 5.6机器上编译程序时却遇到了找不到iconv库函数符号的链接问题，到底是怎样一回事呢？这里分享一下问题查找过程。

一、现场重现

这里借用一下这位同事的测试程序以及那台机器，重现一下问题过程：
/*test.c */

…
#include <iconv.h>

int main(void)
{
    int r;
    char *sin, *sout;
    size_t lenin, lenout;
    char *src = "你好!";
    char dst[256] = {0};
    iconv_t c_pt;

sin = src;
lenin = strlen(src)+1;

sout = dst;
lenout = 256;

    if ((c_pt = iconv_open("UTF-8", "GB2312")) == (iconv_t)(-1)){
        printf("iconv_open error!. errno[%d].\n", errno);
        return -1;
    }

    if ((r = iconv(c_pt, (char **)&sin, &lenin, &sout, &lenout)) != 0){
        printf("iconv error!. errno[%d].\n", r);
        return -1;
    }

iconv_close(c_pt);

printf("SRC[%s], DST[%s].\n", src, dst);

return 0;
}

根据之前的经验，我们按如下命令编译该程序：

$> gcc -g -o test test.c

/tmp/ccyQ5blC.o: In function `main':
/home/tonybai/tmp/test.c:28: undefined reference to `libiconv_open'
/home/tonybai/tmp/test.c:33: undefined reference to `libiconv'
/home/tonybai/tmp/test.c:38: undefined reference to `libiconv_close'

咦，这是咋搞的呢？怎么找不到iconv库的符号！！！显式加上iconv的链接指示再试试。

$> gcc -g -o test test.c -liconv

这回编译OK了。的确如那位同事所说出现了怪异的情况。

二、现场取证

惯性思维让我首先提出疑问：难道是这台机器上的libc版本有差异，检查一下libc中是否定义了iconv相关符号。

$ nm /lib64/libc.so.6 |grep iconv
000000397141e040 T iconv
000000397141e1e0 T iconv_close
000000397141ddc0 T iconv_open

iconv的函数都定义了呀！怎么会链接不到？

我们再来看看已经编译成功的那个test到底连接到哪个iconv库了。

$ ldd test
    linux-vdso.so.1 => (0x00007fff77d6b000)
    libiconv.so.2 => /usr/local/lib/libiconv.so.2 (0x00002abbeb09e000)
    libc.so.6 => /lib64/libc.so.6 (0×0000003971400000)
    /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0×0000003971000000)

哦，系统里居然在/usr/local/lib下面单独安装了一份libiconv。gcc显然是链接到这里的libiconv了，但gcc怎么会链接到这里了呢？

三、大侦探的分析^_^

Gcc到底做了什么呢？我们看看其verbose的输出结果。

$ gcc -g -o test test.c -liconv -v
使用内建 specs。
目标：x86_64-redhat-linux
配置为：../configure –prefix=/usr –mandir=/usr/share/man –infodir=/usr/share/info –enable-shared –enable-threads=posix –enable-          checking=release –with-system-zlib –enable-__cxa_atexit –disable-libunwind-exceptions –enable-libgcj-multifile –enable-languages=c,c++,   objc,obj-c++,java,fortran,ada –enable-java-awt=gtk –disable-dssi –disable-plugin –with-java-home=/usr/lib/jvm/java-1.4.2-gcj-1.4.2.0/jre –with-cpu=generic –host=x86_64-redhat-linux
线程模型：posix
gcc 版本 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-50)
/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/cc1 -quiet -v test.c -quiet -dumpbase test.c -mtune=generic -auxbase test -g -version -o /tmp/     ccypZm0v.s
忽略不存在的目录“/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../x86_64-redhat-linux/include”
#include "…" 搜索从这里开始：
#include <…> 搜索从这里开始：
/usr/local/include
/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/include
/usr/include
搜索列表结束。
GNU C 版本 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-50) (x86_64-redhat-linux)
    由 GNU C 版本 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-50) 编译。
GGC 准则：–param ggc-min-expand=100 –param ggc-min-heapsize=131072
Compiler executable checksum: ef754737661c9c384f73674bd4e06594
as -V -Qy -o /tmp/ccaqvDgX.o /tmp/ccypZm0v.s
GNU assembler version 2.17.50.0.6-14.el5 (x86_64-redhat-linux) using BFD version 2.17.50.0.6-14.el5 20061020
/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/collect2 –eh-frame-hdr -m elf_x86_64 –hash-style=gnu -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so. 2 -o test /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crti.o /usr/   lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/ x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64 -L/lib/../lib64
-L/usr/lib/../lib64 /tmp/ccaqvDgX.o -liconv -lgcc –as-needed -lgcc_s –no-as-needed -lc -lgcc –as-needed -lgcc_s –no-as-needed /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/crtend.o /usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../lib64/crtn.o

从这个结果来看，gcc在search iconv.h这个头文件时，首先找到的是/usr/local/include/iconv.h，而不是/usr/include/iconv.h。这两个文件有啥不同么？

在/usr/local/include/iconv.h中，我找到如下代码：

…
#ifndef LIBICONV_PLUG
#define iconv_open libiconv_open
#endif
extern iconv_t iconv_open (const char* tocode, const char* fromcode);
…

libiconv_open vs iconv_open，卧槽！！！再对比一下前面编译时输出的错误信息：

大侦探醒悟了！大侦探带你还原一下真实情况。

我们在执行gcc -g -o test test.c时，根据gcc -v中include search dir的顺序，gcc首先search到的是/usr/local/include/iconv.h，而这里iconv_open等函数被预编译器替换成了libiconv_open等加上了lib前缀的函数，而这些函数符号显然在libc中是无法找到的，libc中只有不带lib前缀的 iconv_open等函数的定义。大侦探也是一时眼拙了，没有细致查看gcc的编译错误信息中的内容，这就是问题所在！

而gcc -g -o test test.c -liconv为何可以顺利编译通过呢？gcc是如何找到/usr/local/lib下的libiconv的呢？大侦探再次为大家还原一下真相。

我们在执行gcc -g -o test test.c -liconv时，gcc同样首先search到的是/usr/local/include/iconv.h，然后编译test.c源码，ok；接下来启动ld程序进行链接；ld找到了libiconv，ld是怎么找到iconv的呢，libiconv在/usr/local/lib下，ld显然是到这个目录下search了。我们通过执行下面命令可以知晓ld的默认搜索路径：

$> ld -verbose|grep SEARCH
SEARCH_DIR("/usr/x86_64-redhat-linux/lib64"); SEARCH_DIR("/usr/local/lib64"); SEARCH_DIR("/lib64"); SEARCH_DIR("/usr/lib64"); SEARCH_DIR("/usr/x86_64-redhat-linux/lib"); SEARCH_DIR("/usr/lib64"); SEARCH_DIR("/usr/local/lib"); SEARCH_DIR("/lib"); SEARCH_DIR("/usr/lib");

ld的默认search路径中有/usr/local/lib(我之前一直是以为/usr/local/lib不是gcc/ld的默认搜索路径的)，因此找到libiconv就不足为奇了。

四、问题解决

我们不想显式的加上-liconv，那如何解决这个问题呢？我们是否可以强制gcc先找到/usr/include/iconv.h呢？我们先来做个试验。

$ gcc -g -o test test.c -liconv -I ~/include -v
…
忽略不存在的目录“/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../x86_64-redhat-linux/include”
#include "…" 搜索从这里开始：
#include <…> 搜索从这里开始：
/home/tonybai/include
/usr/local/include
/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/include
/usr/include
搜索列表结束。

…

试验结果似乎让我们觉得可行，我们通过-I指定的路径被放在了第一的位置进行search。我们来尝试一下强制gcc先search /usr/include。

$ gcc -g -o test test.c -I ~/include -v
…
忽略不存在的目录“/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/../../../../x86_64-redhat-linux/include”
忽略重复的目录“/usr/include”
因为它是一个重复了系统目录的非系统目录
#include "…" 搜索从这里开始：
#include <…> 搜索从这里开始：
/usr/local/include
/usr/lib/gcc/x86_64-redhat-linux/4.1.2/include
/usr/include
搜索列表结束。
…

糟糕！/usr/include被忽略了！还是从/usr/local/include开始，方案失败。

似乎剩下的唯一方案就是将/usr/local/lib下的那份libiconv卸载掉！那就这么做吧^_^！

关于编译阶段符号多重定义的问题

四月 11, 2012

2 条评论

印象中关于编译以及链接的问题早已是老生常谈了。但今天又遇到了一个这样的问题，这里还总想提及一下下^_^。

这次要说的问题依旧发生在使用lcut进行单元测试的过程中。一位同事在编译使用了mock函数的测试用例代码时出现了"multiple definition of 'xxx'“的错误。这里简单模拟其场景如下：

/* testall.c */

/* mock lib function */

int lib_function(…) {

…

return (int)LCUT_MOCK_RETV();

}

int function_to_be_tested(…) {

…

ret = lib_function(…);

…

}

void test_case(lcut_tc_t *tc, void *data) {

ret = function_to_be_tested(…);

LCUT_INT_EQUAL(tc, 0, ret);

}

lib_function是静态共享库中的一个接口，但这里被mock了。不过由于一些其他test_case使用了静态共享库(.a)的其他接口，因此在编译时程序链接了这个静态共享库。但结果编译器却报错：lib_function被多重定义了。

经过各种排查(编译器命令行中的目标文件与库链接顺序是否正确等)，我们发现编译器报错的原因居然是忘记mock几个与lib_function同属一库模块(xx.o)的接口。

这里就不拐弯抹角了。由于漏掉了一些本该mock的接口，因此程序在编译testall.c时有许多unresolved的符号需要到静态共享库中去查找。这里又涉及到了符号resolve的过程，而更为重要的一点是要弄清楚编译器是如何对待静态共享库中那个拥有testall.o中未resolved的符号的库模块的(一个静态库.a文件实际上是由诸多库模块.o文件组合而成的)。我们来看看下面例子。

一个libcommon.a的组成如下：

libcommon.a

– foo.o

– function: foo1

– function: foo2

– bar.o

– function: bar1

– function: bar2

我们来看一下一个调用了foo1函数且链接了libcommon.a的可执行文件(a.out，对应的源文件main.c)中都有哪些已定义的符号：

$ nm a.out

…

080483d4 T foo1

080483b4 T main

080483e2 T foo2

…

通过nm输出的结果可以看到，最终的可执行程序中居然包含了程序并未调用的函数foo2的定义。似乎一切都清晰了：编译器在libcommon.a的foo.o中找到了unresolved的符号foo1，但编译器并非只是将foo1的定义放入最终的可执行文件中，而是将foo.o从libcommon.a中取出，并将其与main.o放在一处同等对待，编译器会扫描foo.o中所有的符号，并确保其中的符号都是具有定义的，这样才能保证最终的可执行程序中所有的符号都是具有定义的。

现在我们可以回过头来回答本文开始处所遇到的那个"多重定义"的问题了。因为testall.c中存在未resolved的符号，即那些被漏掉的未mock的库接口，因此编译器找到了静态共享库中定义了这些库接口的库模块(某个.o文件)，但编译器并非只是处理这些符号，和上面的例子一样，编译器还会扫描这个库模块文件中的所有符号以确保所有符号都有定义。而就在这个过程中编译器发现了其中有的符号(比如lib_function)的定义与testall.c中mock的同名接口(lib_function)定义相冲突，从而才作出了错误提示。

之前写过一篇文章《从mock malloc说起》，其中有关于编译过程中符号resolve的详细说明，有兴趣的朋友不妨看看。