3.7. Сборка программ

В большинстве современных языков программирования программа состоит из отдельных слабо связанных модулей. Как правило, каждому такому моду­лю соответствует отдельный файл исходного текста. Эти файлы независимо обрабатываются языковым процессором (компилятором), и для каждого из них генерируется отдельный файл, называемый объектным модулем. Затем, запускается программа, называемая редактором связей, компоновщиком или, линкером (linker — тот, кто связывает), которая формирует из заданных объектных модулей цельную программу.

Объектный модуль отчасти похож по структуре на перемещаемый загрузочный модуль. Дело в том, что сборку программы из нескольких модулей; можно уподобить загрузке в память нескольких программ. При этом возникает та же задача перенастройки адресных ссылок, что и при загрузке относительного загрузочного файла . Поэтому объектный модуль должен в той или иной форме содержать таблицу перемещений.

Кроме ссылок на собственные метки, объектный модуль имеет право ссылаться на символы, определенные в других модулях.

Для разрешения внешних ссылок мы должны создать две таблицы: в одной перечислены внешние объекты, на которые ссылается модуль, в другой — объекты, определенные внутри модуля, на которые можно ссылаться извне. Обычно с каждым таким объектом ассоциировано имя, называемое глобаль­ным символом. Как правило, это имя совпадает с именем соответствующей Функции или переменной в исходном языке.

Типичный объектный модуль содержит следующие структуры данных.

□ Таблицу перемещений, т. е. таблицу ссылок на перемещаемые объекты внутри модуля.

□ Таблицу ссылок на внешние объекты. Иногда это называется таблицей или списком импорта.

□ Таблицу объектов, определенных в этом модуле, на которые можно ссы­латься из других модулей. В некоторых случаях ее называют списком экс­порта. Иногда таблицы экспорта и импорта объединяют и называют все это таблицей глобальных символов. В этом случае для каждого символа приходится указывать, определен он в данном модуле или нет, а если оп­ределен, то как.

□ Различную служебную информацию, такую, как имя модуля, программу, которая его создала и отладочную информацию.

□ Собственно код и данные модуля.

Как правило, код и данные разбиты на именованные секции. Например, в системах семейства Unix программы, написанные на языке С, состоят из минимум трех программных секций:

□ . text — исполняемый код (современные компиляторы иногда помещают в эту секцию и данные, описанные как const);

□ .data — статически инициализированные данные;

□ .bss — неинициализированные данные.

Некоторые форматы объектных модулей, в частности ELF (Executable and Linking Format — формат исполняемых и собираемых [модулей], используе­мый современными системами семейства Unix), предоставляют особый тип глобального символа — слабый (weak) символ.

3.8. Объектные библиотеки

Крупные программы часто состоят из сотен и тысяч отдельных модулей. Кроме того, существуют различные пакеты подпрограмм, также состоящие из большого количества модулей. Один из таких пакетов используется прак­тически в любой программе на языке высокого уровня — это так называе­мая стандартная библиотека. Для решения проблем, возникающих при под­держании порядка в наборах из большого количества объектных модулей, были придуманы библиотеки объект­ных модулей.

Библиотека, как правило, представляет собой последовательный файл, со­стоящий из заголовка, за которым последовательно располагаются объект­ные модули. В заголовке содержится следующая информация.

□ Список всех объектных модулей, со смещением каждого модуля от нача­ла библиотеки. Смещение нужно для того, чтобы можно было легко най­ти требуемый модуль.

□ Список всех глобальных символов, определенных в каждом из модулей, с указанием, в каком именно мо­дуле он был определен.

Линкер обычно собирает в программу все объектные модули, которые были ему, заданы в ко­мандной строке, даже если на этот модуль не было ни одной ссылки. С библиотечными модулями он ве­дет себя несколько иначе.

Встретив ссылку на глобальный символ, компоновщик ищет опре­деление этого символа во всех мо­дулях, которые ему были заданы. Если там такого символа нет, то линкер ищет этот символ в заголов­ке библиотеки. Если его нет и там, компоновщик сообщает: "Не опре­делен символ SYMBOL", — и за­вершает работу. Некоторые редак­торы связей, правда, могут продолжить работу и даже собрать загружаемый модуль, но, как правило, таким модулем пользоваться нельзя, так как в нем содержится ссылка на некорректный адрес. Если же определение символа библиотеке есть, компоновщик "вытаскивает" соответствующий модуль и дальше работает так, будто этот модуль был задан ему наравне с остальными объектными файлами. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будут разрешены все глобальные ссылки, в том числе и те, которые возникли библиотечных модулях, или пока не будет обнаружен неопределенный сим­вол. Благодаря такому алгоритму в программу включаются только те модуль из библиотеки, которые нужны.

В системах семейства Unix библиотеки такой структуры называются архив ними библиотеками, чтобы отличить их от разделяемых библиотек.