链接

一、链接的第一性原理（总纲）

1.1 一个根本问题

CPU 只理解地址，不理解名字。

而人类程序员编写程序时，只能使用：

链接的本质任务，就是在这两种世界之间建立一个一致、可维护、可演进的映射体系。

1.2 链接的本质抽象

链接 = 符号空间 → 地址空间 → 运行时内存空间 的映射与一致性维护

链接器始终围绕三件事工作：

核心职责抽象含义
符号解析“这个名字指向谁？”
地址分配“它最终放在哪里？”
重定位“所有引用如何同步更新？”

后文中出现的 ELF、GOT、PLT、PIC、延迟绑定，都只是这三件事在不同约束条件下的实现策略。

二、从程序文本到可执行体：全局视角

2.1 程序生命周期的稳定分层

从系统视角看，一个 C 程序会经历以下稳定阶段：

  1. **文本阶段**：源代码（人类可读）
  2. **中间表示阶段**：汇编（架构相关）
  3. **目标文件阶段**：可重定位目标文件（局部一致性）
  4. **链接阶段**：全局一致性建立
  5. **加载阶段**：地址空间实例化
  6. **执行阶段**：CPU 按地址取指

链接器存在的根本原因：编译器只能保证“单个编译单元内”的正确性，而系统需要的是“整个程序”的一致性。

三、链接器的核心工作模型

3.1 两遍扫描模型（稳定抽象）

无论是静态链接还是动态链接，链接器都遵循一个高度稳定的模型：

第一遍：收集信息（建立全局视图）

第二遍：修正引用（维持一致性）

一句话总结：第一遍“决定世界长什么样”，第二遍“让所有人达成共识”。

四、目标文件：链接器的工作对象

4.1 目标文件的三种稳定形态

类型抽象角色
可重定位目标文件 (.o)局部世界
可执行目标文件完整世界
共享目标文件 (.so)可复用世界

4.2 Section 与 Segment 的抽象分工

同一个 ELF 文件，同时服务于两个视角：

五、符号：名字如何变成地址

5.1 符号的稳定分类

5.2 符号解析的核心规则

本质目标：在存在歧义时，维持系统的确定性。

六、重定位：一致性如何被维护

6.1 为什么需要重定位

编译阶段：

链接阶段：

6.2 重定位的抽象公式

最终地址 = 符号地址 + 修正量 − 引用位置

这一定义与具体架构无关，是一种地址一致性约束。

七、静态链接：一次性解决问题

7.1 定义

静态链接：在程序生成时，完成所有符号解析与重定位。

7.2 特点（系统视角）

静态链接追求的是确定性与封闭性。

八、动态链接：将问题推迟

8.1 动态链接的核心思想

不是不链接，而是“晚一点再链接”。

链接被拆分为：

8.2 动态链接成立的前提

九、PIC / GOT / PLT：为不确定性而生

9.1 不确定性的来源

9.2 位置无关代码（PIC）

可以在任意地址执行而无需修改的代码。

核心策略：

9.3 GOT 与 PLT 的分工

机制抽象角色
GOT地址表（数据）
PLT跳转入口（控制）

十、延迟绑定：性能与灵活性的权衡

10.1 动机

10.2 本质机制

第一次调用时解析，之后直接使用结果。

通过运行时修改 GOT 实现。

十一、加载与运行：链接的终点

11.1 加载器的职责

11.2 最终状态

在 CPU 看来：一切都是已经解析好的内存地址。

十二、系统级总结（稳定认知）

  1. 链接是编译系统中**最后一个全局视角阶段**
  2. 符号解析、地址分配、重定位是永恒三要素
  3. ELF 同时服务链接视角与执行视角
  4. 动态链接本质是"推迟一致性建立"
  5. PIC 是动态链接与 ASLR 的基础
  6. 虚拟内存是现代链接机制的根基
  7. 所有复杂性，都是为了在不确定性中维持秩序

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