static 函数默认链接不可见

🕗 发布于 2024-10-06 18:47 c++ c语言 linux gnu

发现

起初是在看编译器学习仓库的第一章 README 和代码的时候发现的，头文件中的有一些函数被声明为 static 的，有一些不是。我依稀记得以前看八股文的时候，带 static 声明的函数其可见性仅限于当前的编译翻译单元，也就是编译器在进行词法分析和语法分析的时候，这里面产出的符号不会用于其他文件编译翻译时候的查找和链接了，不存在于编译产物的导出符号表中。

简单谷歌了一下看看人家怎么说的：

In C and C++, function declarations are extern by default. You’ve likely been using extern functions often without realizing it! Any time you call a function defined in another source file, you’re relying on its implicit extern declaration. In this example, we declare the add function in the math.

这是说，对于大部分的编译工具链来说，函数的声明默认是 extern 属性的，

extern 表示该函数或变量在其他地方定义，并且可以被多个文件共享。
static 表示该函数或变量仅在当前文件（或翻译单元）中可见，不能被其他文件访问。
extern 和 static 关键字的作用是相反的，不能同时使用。
如果你在头文件中声明了一个函数为 extern，然后在源文件中将其声明为 static，会导致编译错误。

通常我在写项目的时候，只会对于头文件中的全局共享变量，比如全局错误代码 errno 使用 extern 属性，避免其他文件包含该头文件相当于声明了 errno 之后，又链接了其他包含该头文件的源文件造成符号重定义。但是我从来没有考虑过，原来函数默认是 导出的 是因为编译器默认帮我们携带了 extern 关键字。那么对应的，源文件（头文件）中的变量应该默认是 static 仅当前翻译编译单元可见。

验证

写了三个简单的文件测试 static 属性函数的链接行为。首先是头文件声明函数和变量：

// calc.h
#ifndef CALC_H
#define CALC_H

extern int calc_errno;

int inner_add(int a, int b);

int add(int a, int b);

#endif

然后是实现了该头文件声明的函数的源文件：

// calc.cpp
#include <calc.h>

int calc_errno = 0;

static int inner_add(int a, int b)
{
    if (a < 0 || b < 0)
        calc_errno = 1;
    return a + b;
}

int add(int a, int b)
{
    return inner_add(a, b);
}

这两个文件将在 CMakeLists.txt 中声明为一个动态库目标（SHARED），然后 main.cpp 在编译翻译为目标代码之后，再尝试链接这个动态库，看看找不找得到使用 static 函数的定义符号引用。

// main.cpp
#include <iostream>
#include <calc.h>
using namespace std;

int main(int argc, char** argv)
{
    cout << "hello world" << endl;

    cout << inner_add(-1, -1) << endl;
    cout << calc_errno << endl;

    return 0;
}

另外，所使用的 CMakeLists.txt 代码如下：

cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(static)

message("${CMAKE_CURRENT_SOURCE_DIR}")
message("${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}")
message("${CMAKE_BUILD_TYPE}")

set(CMAKE_RUNTIME_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/bin/${CMAKE_BUILD_TYPE})
set(CMAKE_LIBRARY_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/bin/${CMAKE_BUILD_TYPE})
set(CMAKE_ARCHIVE_OUTPUT_DIRECTORY ${CMAKE_CURRENT_BINARY_DIR}/lib/${CMAKE_BUILD_TYPE})

include_directories(.)

add_library(calc SHARED calc.cpp calc.h)

add_executable(main main.cpp)
target_link_libraries(main calc)

在 VScode 中调用 CMake 完成配置、编译、链接，得到的终端输出如下：

 *  Executing task: CMake: Configure 

Config task started...
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build
Debug
Not searching for unused variables given on the command line.
-- Configuring done (0.0s)
-- Generating done (0.0s)
-- Build files have been written to: /home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build
Configure finished with return code 0
 *  Terminal will be reused by tasks, press any key to close it. 

 *  Executing task: CMake: Build 

build task started....
/home/fredom/bin/cmake/cmake --build /home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build --config Debug --target all -j 22 --
[ 25%] Building CXX object CMakeFiles/calc.dir/calc.cpp.o
[ 50%] Linking CXX shared library bin/Debug/libcalc.so
[ 50%] Built target calc
[ 75%] Building CXX object CMakeFiles/main.dir/main.cpp.o
In file included from /home/fredom/workspace/test/cc/static_link/main.cpp:2:
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link/./calc.h:6:12: warning: ‘int inner_add(int, int)’ used but never defined
    6 | static int inner_add(int a, int b);
      |            ^~~~~~~~~
[100%] Linking CXX executable bin/Debug/main
/usr/bin/ld: CMakeFiles/main.dir/main.cpp.o: in function `main':
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link/main.cpp:9:(.text+0x49): undefined reference to `inner_add(int, int)'
collect2: error: ld returned 1 exit status
gmake[2]: *** [CMakeFiles/main.dir/build.make:98: bin/Debug/main] Error 1
gmake[1]: *** [CMakeFiles/Makefile2:111: CMakeFiles/main.dir/all] Error 2
gmake: *** [Makefile:91: all] Error 2
build finished with error(s).

可以看到，main.cpp 如果直接使用头文件中的 static 属性函数，那么是无法链接成功的（undefined reference to xxx）。换成 add 函数的话，编译就没问题可以通过了。

 *  Executing task: CMake: Configure 

Config task started...
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link
/home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build
Debug
Not searching for unused variables given on the command line.
-- Configuring done (0.0s)
-- Generating done (0.0s)
-- Build files have been written to: /home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build
Configure finished with return code 0
 *  Terminal will be reused by tasks, press any key to close it. 

 *  Executing task: CMake: Build 

build task started....
/home/fredom/bin/cmake/cmake --build /home/fredom/workspace/test/cc/static_link/build --config Debug --target all -j 22 --
[ 50%] Built target calc
[ 75%] Building CXX object CMakeFiles/main.dir/main.cpp.o
[100%] Linking CXX executable bin/Debug/main
[100%] Built target main
build finished successfully.

此时运行编译链接成功的 main ELF 二进制可执行文件，得到输出：

hello world
-2
1
[1] + Done

原文地址：https://blog.csdn.net/Don_tknowwhat/article/details/142726294

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