GCC制作动态库导出符号表

时间：2021-08-01 06:08:12

GCC制作动态链接库时默认会将所有的函数及变量都导出到符号表，这里的函数及变量指的是没有使用static修饰的，使用static修饰的函数及变量不会导出。正常情况下所有符号均导出是不会有问题的，但是有时会有问题，在下边的例子中会说明。为了避免这种情况，就需要定制符号表，即仅仅将需要提供给其他模块使用的接口或变量导出到符号表，本文就是介绍制作这样的动态库的方法。

一 问题示例

介绍制作方法前先举例说明其必要性，有两个动态库libhello.so及libhello1.so，对应的源文件是hello.c及hello1.c，其源码如下：

/*
 *hello.c源码
*/

int hello()
{
return 1;
}
/*
 *hello1.c源码
*/

int hello()
{
return 10;
}
/*
 *hello.h源码
*/

int hello();

将hello.c和hello1.c分别编译成动态库：

gcc -shared -o libhello.so hello.c
gcc -shared -o libhello1.so hello1.c

测试文件源码：

#include <stdio.h>
#include "hello.h"

int main()
{
printf(">>>%d\n", hello());

return 0;
}

现在编译测试文件，并且同时连接libhello.so和libhello1.so两个文件:

gcc main.c -L. -lhello -lhello1
运行结果：
>>>1

结果如下图所示：
GCC制作动态库导出符号表
由上图ldd查看结果可知，实际上只连接了libhello.so库，现在交换编译测试文件时连接库的顺序并运行：

gcc main.c -L. –lhello1 -lhello
运行结果：
>>>10

结果如下图所示：
GCC制作动态库导出符号表
由上图ldd查看结果可知，实际上只连接了libhello1.so库。
由此可知有相同函数时，调用先找到的库中的函数实体。假设项目中有两个模块以库的方式提供分别为A、B库，而两个库中均有函数D并且函数格式一样但功能不同，其中A库中的D是模块内部使用的，但是没有用static修饰，这样两个库的符号表中均有D函数符号，上层模块调用了D函数接口，编译时同时连接了A、B库，则实际调用的D函数就有编译链接时A在前还是B在前，如果B在前则不会有问题，但是如果A在前就会调用A中的D函数，功能就会出错。
这种问题遇到了就很不好查找与排除，因为并非代码问题，修改代码解决不了问题，所以才有了本文描述的制作自己需要的库，该库仅仅暴露提供给外部模块使用的接口符号表。

二 定制方法

2.1 前期准备

前期准备只是熟悉查看库的符号表方法及相关介绍。查看符号表用的命令是readelf，选项是-s，如readelf –s libhello.so，查看的结果如图所示：
GCC制作动态库导出符号表
（注：图比较长，并未截完整，剩下的都是.symtab的内容）
从上图可知，符号表有两部分：.dynsyn和.symtab，这里只做简单介绍，具体信息可自行查找。
.symtab和.dynsym两个不同的symbol table，.dynsym用来保存与动态链接相关的导入导出符号，而 .symtab 则保存所有符号，包括 .dynsym 中的符号，.dynsym是.symtab的一个子集。
ELF文件包含一些sections(如code和data)是在运行时需要的， 这些sections被称为allocable；而其他一些sections仅仅是linker、debugger等工具需要，在运行时并不需要，这些sections被称为non-allocable。当linker构建ELF文件时，它把allocable的数据放到一个地方，将non-allocable的数据放到其他地方，当OS加载ELF文件时，仅仅allocable的数据被映射到内存，non-allocable的数据仍静静地呆在文件里不被处理。strip就是用来移除某些non-allocable sections的，移除后不影响使用。

2.2 制作动态库

本文制作的动态库的目的是控制暴露在符号表中的符号，使用的是gcc的visibility属性，网上介绍还有其他方法，本文不做介绍。
制作动态库的源码hello.c如下:

/*
 *hello.c源码
*/
int call_count = 0;

int hello_init()
{
    call_count = 0;

return 0;
}

int hello_call_count_add()
{
return ++call_count;
}

int hello_handle()
{
return hello_call_count_add();
}

void hello_exit()
{
    call_count = 0;
}
/*
 *hello.h源码
*/
#ifndef __HELLO_H
#define __HELLO_H

int hello_init();

int hello_handle();

void hello_exit();

#endif

由hello.h头文件可知hello_init()、hello_handle()和hello_exit()是对外接口，而hello_call_count_add()不是。先用常规方法制作libhello.so，查看符号表，此处仅查看.dynsyn部分，.symtab部分用strip命令处理掉。

gcc -shared -o libhello.so hello.c
strip libhello.so
readelf -s libhello.so

查看结果：
GCC制作动态库导出符号表
由图可知，不仅所有的函数在符号表中，未用static修饰的变量call_count也在符号表中，这没有达到目的，需要将hello_call_count_add()函数和变量call_count去掉。
要达到目的，需要用gcc的visibility属性，将需要导出的符号用__attribute__ ((visibility (“default”)))修饰，并且gcc编译时需要加入-fvisibility=hidden选项。
使用visibility属性后的源码：

#define DLL_PUBLIC __attribute__ ((visibility ("default")))

int call_count = 0;

DLL_PUBLIC int hello_init()
{
    call_count = 0;

return 0;
}

int hello_call_count_add()
{
return ++call_count;
}

DLL_PUBLIC int hello_handle()
{
return hello_call_count_add();
}

DLL_PUBLIC void hello_exit()
{
    call_count = 0;
}

编译并用strip命令处理掉.symtab部分：

gcc -shared -fvisibility=hidden -o libhello.so hello.c
strip libhello.so
readelf -s libhello.so

结果如下：
GCC制作动态库导出符号表
从结果可知达到了目的，经验证制作的库可以正常使用。

2.3 整理

gcc在链接时设置-fvisibility=hidden，则不加 visibility声明的都默认为hidden，即都是隐藏的， gcc默认设置-fvisibility=default，即全部可见。

三 总结

本文只介绍了linux下gcc的编译选项，交叉编译时选项参考GNU文档How to use the new C++ visibility support部分，网址：http://gcc.gnu.org/wiki/Visibility。
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