从源码到进程

点一个框看它做什么、在哪篇讲过；选一条路径，一步一步看一个 .cpp 怎么变成 .o、链接时报的错从哪来、./a.out 之后发生了什么。蓝字可以直接点开对应的文章或地图。

从源码到进程：编译、链接、加载 上面是编译：每个 .cpp 各自变成一个 .o。中间是链接：所有 .o 和库拼成一个可执行文件。下面是运行：内核和动态链接器把它变成进程地图上的那几段。 橙线 = 代码拷进输出文件；蓝色虚线 = 只记一个名字，运行时再找；绿色虚线 = 加载时 mmap 进地址空间；灰线 = 下一步。 蓝字 = 在哪里讲过，进程地图会打开对应的那张图。 编译：一次一个翻译单元 链接：把所有 .o 和库拼成一个文件 加载和运行 源文件和头文件 a.cpp、b.cpp：各自单独编译 a.h：放声明，被 #include 进去 一个 .cpp 加上它 include 的 全部内容 = 一个翻译单元 编译器一次只看一个翻译单元， 不知道别的 .cpp 里写了什么 ① 预处理：g++ -E #include：把头文件原样粘进来 #define：宏按文本替换 #if、#ifdef：删掉不要的分支 产物 a.ii：纯 C++ 文本， 常常有几万行 ② 编译：g++ -S 语法、类型检查：编译错误多在这 模板在这里按具体类型实例化 优化：内联、常量传播…… 名字修饰：f(int) → _Z1fi 产物 a.s：汇编文本 ③ 汇编：g++ -c 汇编指令 → 机器码 产物 a.o：可重定位目标文件 地址还没定：调别的文件里的 函数，地址先填 0， 旁边记一条重定位项 a.o 里有什么（nm、readelf） 段：.text 机器码，.data，.bss，.rodata 符号表：T f = 这里定义了 f U g = 用了 g，定义不在这里 重定位表：.text+0x1c 处要填 g 的地址 每个 .o 都从地址 0 排起，互相不知道对方 进程地图：这些段最后落在哪 静态库 libx.a 一堆 .o 打成的包（ar） 链接器只挑用得上的 .o， 把代码拷进可执行文件 动态库 libc.so.6 链接时只检查符号在不在， 记下“运行时要 libc.so.6”， 代码不拷进来 ④ 链接：ld（g++ 最后一步替你调） 1. 符号解析：每个 U 都要找到唯一的定义 一个都没有 → undefined reference 有两个 → multiple definition 2. 合并：各个 .o 的 .text 拼成一个 .text， .data、.bss 同理；定下每个段、 每个符号的最终地址 3. 重定位：按重定位项把地址填进去 产物：可执行文件，或者一个 .so 可执行文件 a.out（readelf -l） ELF 头：入口地址 _start 程序头：加载时每一段 mmap 到哪 LOAD r-x：.text LOAD r--：.rodata、.eh_frame LOAD rw-：.data、.bss（.bss 只记大小） INTERP：/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 DYNAMIC：需要 libc.so.6…… .plt、.got：调 .so 里函数的跳板 进程地图：.text、.data、.bss 链接报错，多半是这几种 undefined reference to f： · 只声明没定义，或那个 .cpp 没参与链接 · 少了 -l，或 -l 写在了前面 · 模板的定义写在 .cpp 里 · C 函数没加 extern "C" multiple definition of x： · 头文件里定义了普通函数或变量 可以多处定义：inline、模板 落到进程地图上 .text → 代码段（r-x） .rodata → 只读数据（r--） .data、.bss → 读写数据（rw-） libc.so、ld.so → mmap 区 栈：内核放好 argv、环境变量 进程地图 ⑥ 动态链接器 ld.so 按 DT_NEEDED 找 .so：rpath、 LD_LIBRARY_PATH、/etc/ld.so.cache 找到的库 mmap 进来，做重定位 跑全局对象的构造函数 最后跳到 _start，由它调 main ⑤ execve("./a.out") 内核读 ELF 头和程序头 按 LOAD 段 mmap，建好栈 有 INTERP：把 ld.so 也映射进来， 先从 ld.so 开始跑 静态链接的：直接从 _start 开始 进程和线程：fork 和 exec ⑦ 调 .so 里的函数：PLT 和 GOT call printf@plt：先跳到 PLT 的跳板 跳板去 GOT 里取真实地址，再跳过去 延迟绑定：第一次取到的是解析函数， 解析完把 printf 的地址写回 GOT -z now：启动时全填好，再设只读 所有 .o 一起交给链接器 拷进来 只记名字 ./a.out 运行时调库函数 跳过去 mmap 运行时 mmap 进来，进程间共享 图随文章更新：讲到模板实例化、内联和链接时优化（LTO）时再往上补。