c语言中为什么链接

前言

在编写程序时，我们通常会将程序分为多个源文件进行编写，每个源文件都包含一部分代码。在编译这些源文件时，编译器会将每个源文件单独编译成目标文件。然而，每个目标文件都只包含了该文件中定义的函数和变量的代码和数据。要使程序能够正常运行，这些目标文件需要被链接在一起。那么，为什么需要链接呢？

段落1：解释与说明

链接的主要目的是将程序中的多个目标文件组合成一个可执行文件。当编译器将源文件编译为目标文件时，每个目标文件中的函数和变量都被赋予一个地址。在链接过程中，这些地址将被修正并重定位，以确保程序在内存中正确地运行。

链接过程主要包括三个阶段：符号解析、重定位和地址绑定。

段落2：符号解析

符号解析的目标是将每个目标文件中引用的符号与其他目标文件中定义的符号进行匹配。在链接过程中，编译器将每个符号的定义和引用信息记录到一个符号表中。当链接器在第二阶段进行重定位时，使用符号表来匹配符号的定义和引用。

// 源文件 a.c
extern int global_variable;

int main() {
    int a = global_variable;
    return 0;
}

// 目标文件 a.o
        // 符号表
        Symbol Table:
        Name                  Value     Size     Type
        global_variable       0x100     4        DATA

// 源文件 b.c
int global_variable = 42;

// 目标文件 b.o
        // 符号表
        Symbol Table:
        Name                  Value     Size     Type
        global_variable       0x200     4        DATA

段落3：重定位和地址绑定

在链接器的重定位阶段，链接器将修正每个目标文件中引用的符号的地址，使之与符号的定义地址匹配。通过重定位，目标文件中引用的符号最终会指向正确的地址。

重定位和地址绑定也包括解析跳转指令和修正全局变量的地址。跳转指令的地址需要被修正为指向目标函数或代码段的正确地址。全局变量的地址也需要被修正为正确的位置。

// 可执行文件
        // 符号表
        Symbol Table:
        Name                  Value     Size     Type
        global_variable       0x200     4        DATA

        // 代码段
        0x100:     MOV R1, #0x200  // 将地址0x200装入寄存器R1
        0x104:     LDR R0, [R1]    // 从地址R1指向的位置加载数据到寄存器R0
        0x108:     ...            // 其他指令省略

        // 数据段
        0x200:     42             // global_variable的值为42

总结

链接是将程序中的多个目标文件组合在一起，使之成为一个可执行文件的过程。在链接过程中，符号解析、重定位和地址绑定是三个重要的阶段。通过符号解析，链接器将每个目标文件中引用的符号与其他目标文件中定义的符号进行匹配。在重定位和地址绑定阶段，链接器修正目标文件中引用的符号的地址，使之正确指向符号的定义地址。