Entendendo a linkedição em C++
- 1. Entendendo a linkedição Rodrigo Strauss 1bit.com.br @rodrigostrauss
- 2. Grupo C & C++ Brasil • Nasceu da vontade de conhecer outras áreas de uso para C & C++ • Grupo de entusiastas/aficcionados • Aberto à todos • Organiza eventos para reunir profissionais, estudantes e entusiastas • Grupo mais multilinguagem que eu conheço • groups.google.com/group/ccppbrasil/ • Temos um grupo no Telegram: t.me/ccppbrasil • #ccppbrasil
- 3. Eu, eu e eu • Escovador de bits • Sócio programador da BitForge e da Intelitrader • Fundador do grupo C & C++ Brasil junto com o Wanderley Caloni • Fui MVP de Visual C++ por dois anos • @rodrigostrauss • www.1bit.com.br
- 4. Por que entender a linkedição • Quanto mais você entende as mágicas melhor programador você é • Conhecimento dos ”internals” economiza tempo e stress quando você mais precisa • Abra as caixas pretas. Sempre • A cada dia mais abstrações são criadas. Se você sabe a raiz das coisas você entende tudo rapidamente • É um tópico extenso, eu foquei nos tópicos mais úteis para diagnóstico dos problemas mais comuns
- 5. Como seu código fonte vira um programa? • O compilador é só uma das partes • O compilador converte código fonte para código de máquina • Para esse código de máquina ser útil ele precisa ser – Organizado – ”Formatado” de uma forma que o sistema operacional entenda – Disponibilizado para ser usado por outros módulos
- 6. Compilação • Resumidamente entra código fonte e sai código de máquina • Complicadamente isso requer diversos passos – Parser – Lexer – Tratamento de AST – Otimizador
- 7. Responsabilidades de cada um Gerando um executável Compilador Transforma fonte em código de máquina Faz otimizações Linker Resolve chamadas de função Formata código de uma forma que o SO entenda Relocação
- 8. O que um linker faz? • Junta arquivos com código de máquina (principalemente) em um arquivo executável que o SO consiga usar • O compilador gera um arquivo .obj para cada arquivo .cpp • O linker depois ”junta” esses arquivos .obj em outros tipos de arquivo – EXE – DLL – SYS – DRV – LIB • Exceção à regra, esse arquivo não pode ser usado pelo sistema operacional, ele é um simples agrupamentos de arquivos .obj
- 9. Considerações importantes • Nem só de código de máquina vive um linker – Código de máquina • Erroneamente chamado de ”assembler” – Dados • Variáveis globais • Variáveis estáticas • TLS • Resources (Windows) • Informacão de debug • Tabela de symbols
- 10. Por que existe o linker • Motivos para precisarmos de um linker – Dividir o código fonte em vários arquivos – Permitir usar funções e dados disponibilizados de forma binária – O sistema operacional precisa de mais do um arquivo com código de máquina sequencial • Qualquer outra opção seria inviável – Juntar todos os fontes – Recompilar a partir dos fontes sempre • Até o Gentoo usa um linker, certo Gianni?
- 11. Como um linker faz? • Abre todos os arquivos .obj • Verifica todas as funções não resolvidas internamente – Exemplo: uma função que está em main.obj chama uma função que está em matematica.obj • Procura essas funções em outros arquivos .obj ou .lib • Coloca essas funções dentro do executável e aponta corretamente uma para outra • Esse processo chama-se ”symbol resolution”
- 12. External resolving • Consiste em verificar as promessas feitas ao compilador • Uma declaração de função em C e C++ nada mais é que ”eu te prometo que essa função existe em algum lugar” • Onde procurar a função? • Em que ordem?
- 13. Link estático • Junta-se todos os arquivos .obj e .lib e gera-se um executável • Todo código de todas as funções resolvidas são copiadas para dentro desse executável • Isso faz com que o executável não tenha dependência de DLLs (mais sobre isso daqui a pouco) • É o que acontece nos casos mais simples, quando você cria um projeto novo no Visual C++
- 14. Link dinâmico • A fase de symbol resolution é executada quando o executável é carregado pelo sistema operacional – Cada DLL tem uma tabela de símbolos exportados – Cada EXE tem uma tabela que contém os nomes das DLLs e das funções importadas • No Windows, isso vai dentro do arquivo PE, em sessões específicas
- 15. DEMO DE COMPILAÇÃO E LINK • Um arquivo cpp gerando um EXE • Dois arquivos cpp gerando um EXE • Movendo as funções para uma LIB • Movendo as funções para uma DLL
- 17. Formato COFF • Common Object File Format • É um velho formato do UNIX, criado pela AT&T em 1983 • O Windows usa uma extensão desse formato, que é chamado PE (Portable Executable) • Todo arquivo com código de máquina no Windows é um PE – OBJ – LIB – DLL – EXE – DRV – SYS • O Linux usa o formato ELF
- 18. O que tem dentro de um COFF/PE? • Um arquivo COFF/PE é composto por – Header – Section definition – Section Content
- 19. Sections PE • .text • .drective • .idata • .edata • .debug • .data • .bss • .tls
- 20. Sections PE • .text é a seção com código • Podemos ver várias seções com nomes extras depois de um $ – .text$M – .text$XPTO • Aí é que está a parte executável do programa
- 21. Sections PE • As informações de debug estão, surpreendentemente, nas seções .debug – .debug$T – .debug$S – .debug$P • Algumas informações são inline, outras são referências para arquivos PDB
- 22. Sections PE • .idata – Import Data • .edata – Export Data
- 23. Sections PE • .data – Dados inicializados • .bss – Dados não inicializados • .rsrc • Resources • .tls – Thread Local Storage
- 24. Sections PE • .drective – Parâmetros para o linker – Aqui vão todos o #pragma comment (lib)
- 25. DEMO • Vamos olhar os arquivos gerados na demo anterior
- 26. Algumas considerações • Arquivos .obj e .lib declaram suas dependências por nome • Calling convention define o formato dos nomes – stdcall, cdecl, fastcall, etc
- 27. Problemas comuns e como diagnosticá-los • LNK2019: Unresolved external • LNK1104: cannot open file ’xpto.lib’ • LNK2005: ”xpto” already defined in xyz.obj • Dependências de diferentes runtimes • Unresolved external: MessageBoxA ou MessageBoxW • Erro de DLL não encontrada em runtime
- 28. Maiores causadores de problemas no link • PREPROCESSADOR, o campeão dos campeões • Declarações diferentes para cada .obj ou .lib • Versão UNICODE ou ANSI das apis Win32 • _WINVER • _HAS_ITERATOR_DEBUGGING • Diferentes libs usam diferentes versões da runtime do Visual C++ • #pragma comment(lib) • Calling convention errado
- 29. Recursos do Visual C++ • Whole Program Optimization • #pragma comment (lib) • FAILIFMISMATCH • /NODEFAULTLIB • __declspec(dllexport) • __declspec(selectany)
- 30. Whole Program Optimization • O linker faz inline de funções • Acaba sendo um módulo do otimizador do compilador rodando na hora do link • Melhora a performance do código fazendo uma otimização que antes só era possível ”grudando” todos os arquivos fontes em um só – Sqlite tem o amalgamation – SQL Server foi o primeiro usuário do WPO dentro da Microsoft
- 31. CABÔ
Notas do Editor
- #4: Pedir sugestões para treinamento da Tempo Real