C/C++ 编译器 - 链接

.cpp 文件编译成 obj 文件后，还需要经过一个称为“链接”的过程。链接的主要内容就是找到每个符号和函数的位置以及将每个单独的 obj 文件链接在一起，生成可执行文件。单个 obj 文件没有任何关系，这些文件不能交互，所以，如果我们决定把程序分割成多个文件，我们需要一种方法把这些文件链接起来形成一个程序，这就是链接器的作用。

main 函数

在我们的项目中，现在只有一个 math.cpp 源文件。然而，这不是一个实际的应用程序，因为它没有包含 main 函数，如果你 build 项目，你会看到一个链接错误：

这是因为在 build 项目时，会先后经历编译和链接两个阶段，不同阶段的错误类型是不一样的。修改程序，故意删除分号，按 Ctrl + F7，看一下编译错误是什么样子的：

回过头看，链接阶段的错误代码以 LINK 开头，编译阶段的错误代码以字母 C 开头。知道这一点很重要，不同阶段得到的错误类型是不一样的，这样你就可以根据错误信息修复 BUG。

其实，应用程序入口点不一定非要是 main 函数，只要有一个入口点就行了，打开项目属性页，设置 Entry Point 为 add 函数：

将刚才删掉的分号修复后，再 build 项目，链接错误消失。通常来说，我们都会把 main 函数作为入口，但你要知道的是，入口点不一定非得是 main 函数，可以是任何函数。恢复项目属性页的 Entry Point 设置为空。在 math.cpp 中再添加一个 main 函数。

const char* log(const char* message)
{
    return message;
}

int add(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    return 0;
}

build 项目，也会成功地生成了 EXE 文件。

多源文件

现在，我们补充一下 main 函数，并修改一下 log 函数，代码如下：

#include <iostream>

void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

int multiply(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    std::cout << multiply(10, 10) << std::endl;
    std::cin.get();

    return 0;
}

点击 Local Windows Debugger，正如你所见，应用程序可以正常运行。现在，我们新建一个 log.cpp 文件，并将 math.cpp 中的 log 函数移动到 log.cpp 文件中：

#include <iostream>

void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

现在 math.cpp 中的代码如下：

#include <iostream>

int multiply(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    std::cout << multiply(10, 10) << std::endl;
    std::cin.get();

    return 0;
}

按 Ctrl + F7，会得到一个编译错误：

在 math.cpp 中添加一个 log 函数的声明，按 Ctrl + F7，你可以看到能够编译成功。

#include <iostream>

void log(const char* message);

int multiply(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    std::cout << multiply(10, 10) << std::endl;
    std::cin.get();

    return 0;
}

继续 build 项目，也成功了。

其它错误

回到 log.cpp 文件里，做如下代码修改：

#include <iostream>

void logr(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

如果我们现在 build 整个项目，你会得到一个链接错误 - 无法解析的外部符号：

这是因为调用 multiply 函数中调用了 log 函数，编译器在链接的时候，却找不到 log 函数的定义。

另一个有趣的情况，注释掉 multiply 函数中的 log 函数调用，再 Build 项目，你会发现错误消失了。

发生这种情况的原因是，我们从来没有调用过 log 函数，所以链接器不需要去链接这个 log 函数。

那我们恢复 multiply 函数中的 log 函数调用，然后注释掉 main 函数中的 multiply 函数调用，会发生什么情况呢？

Build 项目，仍然得到一个链接错误，为什么会这样呢？你可能会问，我没有在任何地方调用 multiply 函数，为什么它会产生链接错误呢？我们可不可以说这些没有被调用的代码没有意义呢？

大错特错，虽然在 math.cpp 文件中没有调用 multiply 函数，但技术上讲，我们可能在另一个文件中使用它，所以连接器确实需要链接它。

如果我们能告诉编译器 multiply 函数只在 math.cpp 文件中使用，就可以去掉这种链接的必要性了。下面是一种可以做到的方法：

在本例中，我们实际上修改了函数定义的名字，我们把函数的名字改从 logr 改回 log，然后将 void 返回参数改为 int，再 Build 项目，你仍会看到一个链接错误：

这是因为在 math.cpp 中，我们声明的 log 函数是一个返回值是 void，所以要寻找名为 log 函数，它返回 void 以及同样的参数。

还有一种常见错误 - 重复的符号，换句话说，我们有两个名字相同的函数且有相同的返回值和相同的参数，如果发生这种情况，链接器就会不知道链接到哪一个。现在，我们在 math.cpp 里也加一个 log 函数的定义，Build 项目，看会出现什么情况：

你可能认为这种类型的错误不会经常发生，然而，这可能会悄悄发生在你身上。

三个解决方案

为了 Build 项目成功，我们先创建一个 log.h 头文件。

现在 log.h 头文件的代码如下：

void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

log.cpp 文件的代码如下：

#include <iostream>
#include "log.h"

void InitLog()
{
    log("Init Log");
}

math.cpp 文件的代码如下：

#include <iostream>
#include "log.h"

void log(const char* message);

static int multiply(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    std::cout << multiply(10, 10) << std::endl;
    std::cin.get();

    return 0;
}

还记得 #include 语句的工作原理吗？当我们包含头文件时，编译器会取头文件的内容，把它放在 #include 语句的地方。现在 Build 项目，会出现什么情况呢？

同样会出现链接错误，跟上面的情况是一样的。有三种方案可以解决这个问题：

1、 static

在 log.h 中做如下修改：

static void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

这时 Build 项目，不会得到任何链接错误。

2、 inline

inline 的意思是，获取实际的函数体并将函数调用替换为函数本身：

inline void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

同样的，Build 项目，也不会得到任何链接错误。

3、分离函数声明和定义

将 log.h 头文件的代码修改如下：

void log(const char* message);

将 log.cpp 文件的代码修改如下：

#include <iostream>
#include "log.h"

void InitLog()
{
    log("Init Log");
}

void log(const char* message)
{
    std::cout << message << std::endl;
}

将 math.cpp 文件的代码修改如下：

#include <iostream>
#include "log.h"

static int multiply(int x, int y)
{
    log("multiply");
    return x * y;
}

int main()
{
    std::cout << multiply(10, 10) << std::endl;
    std::cin.get();

    return 0;
}

此时，Build 项目，也不会出现链接错误。

总结

链接器最终会将 obj 文件链接在一起，它也会将程序使用的其他库链接起来，例如 C 运行时库。如果有必要，C++ 标准库，平台 API，还有很多其它的东西，从不同地方链接是很常见的操作，甚至还有不同类型的链接，比如静态链接和动态链接。