链接库的一个问题
前些天遇到这样一个问题：libD.so需要用到libS.a提供的方法，于是静态链接了libS.a。而libS.a和libD.so又都会被可执行文件bin所链接。（因为libD.so还提供给其他可执行程序使用，所以链接libS.a是必须的。而libD.so对于bin来说是可选的，所以bin也必须链接libS.a。）这就形成下面一种情况：
libD.so <---- bin
| |
libS.a <--------
那么，如果今后libS.a有所修改（成了libS_new.a），bin重新编译了（重新链接了libS_new.a），而libD.so不变（还是链接的libS.a）。libD.so会受（libS_new.a的）影响吗？需求是libD.so不要受影响。
我之前的理解是：不会受影响。因为旧的libS.a已经静态链接到libD.so里面了，libD.so调用到的libS.a接口已经被链接上。只剩下函数的地址，而符号（函数名）已经不需要了。虽然说libD.so的代码是位置无关的，libS.a被静态链接在其中之后也需要位置无关，但是对于libS.a里面的接口的调用应该是可以使用相对地址寻址来实现的。
libD.so <---- bin
| |
libS.a libS_new.a
但是实际情况却不是这样，尽管libD.so没有重新链接libS_new.a，但是它依然会调用到libS_new.a里面。
libD.so <---- bin
| | |
libS.a ----> libS_new.a
测试过程如下：
S.cpp
#include <stdio.h>
namespace S {
int testS() {
printf("it's old\n");
return 0;
}
}
g++ -fPIC -c S.cpp
ar r libS.a S.o
D.cpp
#include <stdio.h>
namespace S {void testS();}
namespace D {
int test() {
return 1;
}
void testD() {
S::testS();
printf("%s,%d, test=%d\n",__FILE__,__LINE__, test());
}
}
（注意，这里的D::test()后面另有用处。）
g++ -g -fPIC -shared D.cpp libS.a -o libD.so
bin.cpp
namespace S {void testS();}
namespace D {void testD();}
int main(int argc, char *argv[]) {
S::testS();
D::testD();
return 0;
}
g++ bin.cpp libS.a libD.so -o bin
执行bin程序之后，输出：
it's old
it's old
D.cpp,9, test=1
这没问题。
之后S.cpp的代码发生了变化（变成S_new.cpp）：
S_new.cpp
#include <stdio.h>
namespace S {
int testS() {
printf("it's new\n");
return 0;
}
}
g++ -fPIC -c S_new.cpp
ar r libS_new.a S_new.o
主程序bin重新编译（重新静态链接libS_new.a），而libD.so保持原样（还是静态链接libS.a）:
g++ bin.cpp libS_new.a libD.so -o bin
执行bin程序之后，输出：
it's new
it's new
D.cpp,9, test=1
尽管libD.so没有重新编译（它链接的依然是libS.a），它里面调用的S::testS()还是调用到了libS_new.a。
查找原因
objdump看一下libD.so的代码：
objdump -d libD.so
......
0000000000000730 <_ZN1S5testSEv@plt>:
730: ff 25 5a 04 10 00 jmpq *1049690(%rip) # 100b90 <_GLOBAL_OFFSET_TABLE_+0x18>
736: 68 00 00 00 00 pushq $0x0
73b: e9 e0 ff ff ff jmpq 720 <_init+0x18>
......
0000000000000818 <_ZN1D5testDEv>:
818: 55 push %rbp
819: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
81c: e8 0f ff ff ff callq 730 <_ZN1S5testSEv@plt>
821: e8 3a ff ff ff callq 760 <_ZN1D4testEv@plt>
826: 89 c1 mov %eax,%ecx
......
0000000000000848 <_ZN1S5testSEv>:
848: 55 push %rbp
849: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
84c: 48 8d 3d 79 00 00 00 lea 121(%rip),%rdi # 8cc <_fini+0x24>
853: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
858: e8 e3 fe ff ff callq 740 <printf@plt>
......
可以发现尽管libD.so静态链接了libS.a，libS.a里面的S::testS()也确实被包含在了libD.so里面，但是对S::testS()函数的调用却依然是走的GOT符号表（GLOBAL_OFFSET_TABLE）。这与我原先的理解是不一致的。
再objdump看一下bin的代码：
objdump -d bin
......
00000000004006f8 <main>:
4006f8: 55 push %rbp
4006f9: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
4006fc: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp
400700: 89 7d fc mov %edi,0xfffffffffffffffc(%rbp)
400703: 48 89 75 f0 mov %rsi,0xfffffffffffffff0(%rbp)
400707: e8 0c 00 00 00 callq 400718 <_ZN1S5testSEv>
40070c: e8 07 ff ff ff callq 400618 <_ZN1D5testDEv@plt>
......
0000000000400718 <_ZN1S5testSEv>:
400718: 55 push %rbp
......
可以发现，bin对于S::testS()的调用是静态的（直接call的相对地址）。但是，libD.so对S::testS()的调用为什么会调用到bin里面来呢？
readelf看一下bin的符号表：
readelf bin -s
Symbol table '.dynsym' contains 15 entries:
Num: Value Size Type Bind Vis Ndx Name
......
2: 0000000000400718 28 FUNC GLOBAL DEFAULT 12 _ZN1S5testSEv
3: 0000000000500978 0 OBJECT GLOBAL DEFAULT ABS _DYNAMIC
......
S::testS()的符号被bin导出了，随着bin被加载，S::testS()符号也被加载到了符号表。这件事情是发生在libD.so加载之前的，等到libD.so被加载的时候，S::testS()符号已经存在，所以libD.so就调用到了bin里面的S::testS()（也就是libS_new.a里面）。
其实不光是libD.so调用libS.a的函数会发生这样的情况，libD.so调用自己的函数都是这样：
objdump -d libD.so
......
0000000000000818 <_ZN1D5testDEv>:
818: 55 push %rbp
819: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
81c: e8 0f ff ff ff callq 730 <_ZN1S5testSEv@plt>
821: e8 3a ff ff ff callq 760 <_ZN1D4testEv@plt>
......
调用libD.so内部的test()函数都是走的符号表！
修改一下bin.cpp，也来实现一个D::test()：
bin.cpp
namespace S {void testS();}
namespace D {
void testD();
int test() {
return 999;
}
}
int main(int argc, char *argv[]) {
S::testS();
D::testD();
return 0;
}
g++ bin.cpp libS_new.a libD.so -o bin
执行bin程序之后，输出：
it's new
it's new
D.cpp,9, test=999
没错吧，D::test()被覆盖了。
一些插曲
使用下面的方式编译bin：
g++ bin.cpp -c
ld -r libS_new.a bin.o -o bin.lo
gcc bin.lo -o bin libD.so
输出是：
it's old
it's old
D.cpp,9, test=999
居然D::test()是取的bin里面的，而S::testS()却是libS.a的！
为什么呢？还是objdump看一下bin：
......
0000000000400744 <main>:
400744: 55 push %rbp
400745: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
400748: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp
40074c: 89 7d fc mov %edi,0xfffffffffffffffc(%rbp)
40074f: 48 89 75 f0 mov %rsi,0xfffffffffffffff0(%rbp)
400753: e8 e0 fe ff ff callq 400638 <_ZN1S5testSEv@plt>
400758: e8 fb fe ff ff callq 400658 <_ZN1D5testDEv@plt>
......
对S::testS()的调用走的是符号表，而bin里面根本就没有S::testS()。
这其实是跟ld的参数顺序有关的，libS_new.a bin.o，ld试图用bin.o导出的符号去解决libS_new.a的未决符号。而现在我们需要的是用libS_new.a导出的符号（S::testS()）去解决bin.o的未决符号。
重新编译一下，把libS_new.a和bin.o的位置换一换：
g++ bin.cpp -c
ld -r bin.o libS_new.a -o bin.lo
gcc bin.lo -o bin libD.so
执行结果就对了：
it's new
it's new
D.cpp,9, test=999
解决办法
那么，怎样才能让bin调用到libS_new.a、而libD.so调用到libS.a，使它们互不影响呢？一开始想了两种办法：
一、bin以dlopen的方式去打开libD.so，并dlsym查找D::testD()：
libD.so <-(dlopen)- bin
| |
libS.a libS_new.a
这个方法并不可行，D::testD()去调用S::testS()时，同样走GOT，同样找到了bin里面的S::testS()；
二、将libS.a打包成动态库libS_d.so，libD.so以dlopen的方式去打开libS_d.so，并dlsym查找S::testS()：
libD.so <-------- bin
|(dlopen) |
libS_d.so(libS.a) libS_new.a
这个方法可行，因为dlsym指明了是在libS_d.so查找符号，所以能正确找到libS_d.so（也就是原来的libS.a）里面的S::testS()，而不是bin里面的S::testS()；
不过，继续之前的分析思路想一想。只要链接顺序不错，bin里面已经静态链接了libS_new.a里面的S::testS()，这个地方是不会调错的。而libD.so之所以不能调用到libS.a里面的S::testS()，是因为libD.so通过符号表去调用S::testS()、并且bin先把S::testS()这个符号给导出了。
如果能让bin不导出S::testS()符号呢？或者让libD.so不通过符号表去调用S::testS()呢？
尝试了很多编译选项，似乎都没法阻止bin导出S::testS()符号……
-s (Remove all symbol table and relocation information from the executable.)
这个选项实际上是删除了.symtab段的符号，而不是.dynsym段。前者是链接过程中使用的符号、后者是运行时动态链接使用的符号，前者是后者的超集。而.symtab段在运行时根本就不会mmap到进程的地址空间；
-fvisibility＝hidden
这个选项可以阻止动态链接库导出符号，配合__attribute__ ((visibility("default")))语法可以实现类似windows下的dll可以指定导出哪些函数的功能。但是好像对可执行程序无效；
-Wl,--no-export-dynamic
-Wl,--exclude-symbols=_ZN1S5testSEv
-Wl,--exclude-libs=libS_new.a
均无效；
那么能不能让libD.so不通过符号表去调用S::testS()呢？
-Wl,-Bsymbolic(When creating a shared library, bind references to global symbols to the definition within the shared library, if any.)选项能够做到这一点。
重新编译libD.so
g++ -g -fPIC -shared -Wl,-Bsymbolic D.cpp libS.a -o libD.so
执行程序，输出：
it's new
it's old
D.cpp,9, test=1
再objdump看看libD.so：
......
00000000000007c8 <_ZN1D5testDEv>:
7c8: 55 push %rbp
7c9: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
7cc: e8 27 00 00 00 callq 7f8 <_ZN1S5testSEv>
7d1: e8 e6 ff ff ff callq 7bc <_ZN1D4testEv>
7d6: 89 c1 mov %eax,%ecx
......
00000000000007f8 <_ZN1S5testSEv>:
7f8: 55 push %rbp
7f9: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp
......
test()和S::testS()都是直接调用的了，没有再走符号表。
加了-Wl,-Bsymbolic选项，生成的libD.so的确如最初所想的那样，在静态链接时就已经把符号给解决了（只剩下函数的相对地址，而没有符号）。
不过不幸的是，-Wl,-Bsymbolic选项是存在隐患的。因为它有些暴力的使动态链接库内部的符号都本地化了，使得一些需要共享的东西得不到共享。详见《Bsymbolic
can cause dangerous side effects》的描述。
那篇文章也给出了解决办法，就是使用version_script来明确指定哪些符号要使用本地的（完成静态链接），哪些不限定本地（走符号表）。（尽管这种做法增加了维护成本，并且据说可移植性不佳。）
写一个version_script，指定S::testS()要使用本地的（D::test()故意不管）：
D.vs
VERS_1.1 {local: _ZN1S5testSEv;};
重新编译libD.so：
g++ -g -fPIC -shared D.cpp libS.a -o libD.so -Xlinker --version-script -Xlinker D.vs
执行程序：
it's new
it's old
D.cpp,9, test=999
果然，S::testS()没被覆盖，而D::test()却还是被覆盖了。
version_script这一招对于bin文件似乎照样无效。
一个偏方
最后，对于libD.so调用libS.a的S::testS()函数会被覆盖的情况，还是有利用价值的。
比如，libS.a是一个第三方库，我们编写了libD.so，并用到了这个第三方库。现在，想为libD.so做一下单元测试。
由于libS.a这个第三方库的习性可能不是很容易掌握，或是是受到环境限制，使得我们很难确切构造libS.a接口的返回值。但是，对libD.so的单元测试又需要构造各种各样的返回值。这下怎么办呢？
如本文所述，我们可以山寨一个libS_new.a出来，然后就能随心所欲的构造我们需要的返回值了。