什么是“未定义的引用/未解析的外部符号”

我将尝试解释什么是“未定义的引用/未解析的外部符号”。

注意：我使用的是g++和Linux，所有示例都是针对它的

例如，我们有一些代码

// src1.cpp
void print();

static int local_var_name; // 'static' makes variable not visible for other modules
int global_var_name = 123;

int main()
{
    print();
    return 0;
}

and

// src2.cpp
extern "C" int printf (const char*, ...);

extern int global_var_name;
//extern int local_var_name;

void print ()
{
    // printf("%d%d\n", global_var_name, local_var_name);
    printf("%d\n", global_var_name);
}

生成对象文件

$ g++ -c src1.cpp -o src1.o
$ g++ -c src2.cpp -o src2.o

在汇编程序阶段之后，我们有一个对象文件，其中包含要导出的任何符号。看看这些符号

$ readelf --symbols src1.o
  Num:    Value          Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     5: 0000000000000000     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    4 _ZL14local_var_name # [1]
     9: 0000000000000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 global_var_name     # [2]

我拒绝了输出中的一些行，因为它们无关紧要

因此，我们看到要导出的以下符号。

[1] - this is our static (local) variable (important - Bind has a type "LOCAL")
[2] - this is our global variable

src2.cpp不导出任何内容，我们没有看到它的符号

链接我们的对象文件

$ g++ src1.o src2.o -o prog

并运行它

$ ./prog
123

Linker看到导出的符号并将其链接起来

// src2.cpp
extern "C" int printf (const char*, ...);

extern int global_var_name;
extern int local_var_name;

void print ()
{
    printf("%d%d\n", global_var_name, local_var_name);
}

并重建对象文件

$ g++ -c src2.cpp -o src2.o

好的（没有错误），因为我们只构建对象文件，链接还没有完成。尝试链接

$ g++ src1.o src2.o -o prog
src2.o: In function `print()':
src2.cpp:(.text+0x6): undefined reference to `local_var_name'
collect2: error: ld returned 1 exit status

发生这种情况是因为我们的local_var_name是静态的，即它对其他模块不可见。现在更深入。获取翻译阶段输出

$ g++ -S src1.cpp -o src1.s

// src1.s
look src1.s

    .file   "src1.cpp"
    .local  _ZL14local_var_name
    .comm   _ZL14local_var_name,4,4
    .globl  global_var_name
    .data
    .align 4
    .type   global_var_name, @object
    .size   global_var_name, 4
global_var_name:
    .long   123
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
; assembler code, not interesting for us
.LFE0:
    .size   main, .-main
    .ident  "GCC: (Ubuntu 4.8.2-19ubuntu1) 4.8.2"
    .section    .note.GNU-stack,"",@progbits

所以，我们看到local_var_name没有标签，这就是链接器找不到它的原因。但我们是黑客：），我们可以修复它。在文本编辑器中打开src1.s并更改

.local  _ZL14local_var_name
.comm   _ZL14local_var_name,4,4

to

    .globl  local_var_name
    .data
    .align 4
    .type   local_var_name, @object
    .size   local_var_name, 4
local_var_name:
    .long   456789

也就是说，你应该像下面这样

    .file   "src1.cpp"
    .globl  local_var_name
    .data
    .align 4
    .type   local_var_name, @object
    .size   local_var_name, 4
local_var_name:
    .long   456789
    .globl  global_var_name
    .align 4
    .type   global_var_name, @object
    .size   global_var_name, 4
global_var_name:
    .long   123
    .text
    .globl  main
    .type   main, @function
main:
; ...

我们已经更改了localvarname的可见性，并将其值设置为456789。尝试从中构建对象文件

$ g++ -c src1.s -o src2.o

好，请参阅readelf输出（符号）

$ readelf --symbols src1.o
8: 0000000000000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 local_var_name

现在local_var_name具有绑定GLOBAL（以前是local）

link

$ g++ src1.o src2.o -o prog

并运行它

$ ./prog 
123456789

好的，我们破解它：）

因此，当链接器在对象文件中找不到全局符号时，就会发生“未定义的引用/未解析的外部符号错误”。

尽管这是一个有多个公认答案的老问题，但我想分享如何解决一个晦涩的“未定义引用”错误。

不同版本的库

我使用别名来引用std:：filesystem：：path：filesystem自C++17以来就在标准库中，但我的程序也需要在C++14中编译，所以我决定使用变量别名：

#if (defined _GLIBCXX_EXPERIMENTAL_FILESYSTEM) //is the included filesystem library experimental? (C++14 and newer: <experimental/filesystem>)
using path_t = std::experimental::filesystem::path;
#elif (defined _GLIBCXX_FILESYSTEM) //not experimental (C++17 and newer: <filesystem>)
using path_t = std::filesystem::path;
#endif

假设我有三个文件：main.cpp、file.h、file.cpp：

file.h#include的＜实验：：filesystem＞，并包含上面的代码file.cpp，file.h的实现，#include的“file.h”main.cpp#include的<文件系统>和“file.h”

注意main.cpp和file.h中使用的不同库。由于main.cpp#在＜filesystem＞之后包含了“file.h”，所以这里使用的文件系统版本是C++17版本。我曾经用以下命令编译程序：

$g++-g-std=c++17-c main.cpp->将main.cpp编译为main.o$g++-g-std=c++17-c file.cpp->将file.cpp和file.h编译为file.o$g++-g-std=c++17-o可执行文件main.o file.o-lsdc++fs->链接main.o和file.o

这样，任何包含在file.o中并在main.o中使用的需要path_t的函数都会出现“未定义的引用”错误，因为main.o引用std:：filesystem：：path，而file.o引用的是std:：experimental：：filesystem:：path。

决议

为了解决这个问题，我只需要将file.h中的＜experimental：：filesystem＞更改为＜filesystem＞。

当您使用错误的编译器构建程序时

如果您使用的是gcc或clang编译器套件，则应根据所使用的语言使用正确的编译器驱动程序。使用g++或clang++编译和链接C++程序。改用gcc或clang将导致对C++标准库符号的引用未定义。例子：

$ gcc -o test test.cpp    
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: /tmp/ccPv7MvI.o: warning: relocation against `_ZSt4cout' in read-only section `.text' 
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: /tmp/ccPv7MvI.o: in function `main': test.cpp:(.text+0xe): undefined reference to `std::cout' 
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: test.cpp:(.text+0x13): undefined reference to `std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >& std::operator<< <std::char_traits<char> >(std::basic_ostream<char, std::char_traits<char> >&, char const*)' 
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: /tmp/ccPv7MvI.o: in function `__static_initialization_and_destruction_0(int, int)': 
test.cpp:(.text+0x43): undefined reference to `std::ios_base::Init::Init()' 
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: test.cpp:(.text+0x58): undefined reference to `std::ios_base::Init::~Init()' 
/usr/lib/gcc/x86_64-pc-linux-gnu/10.2.0/../../../../x86_64-pc-linux-gnu/bin/ld: warning: creating DT_TEXTREL in a PIE 
collect2: error: ld returned 1 exit status

班级成员：

纯虚拟析构函数需要实现。

声明析构函数pure仍然需要定义它（与常规函数不同）：

struct X
{
    virtual ~X() = 0;
};
struct Y : X
{
    ~Y() {}
};
int main()
{
    Y y;
}
//X::~X(){} //uncomment this line for successful definition

这是因为在隐式销毁对象时调用基类析构函数，因此需要定义。

虚拟方法必须实现或定义为纯方法。

这类似于没有定义的非虚拟方法，增加了如下推理：纯声明会生成一个虚拟vtable，您可能会在不使用函数的情况下得到链接器错误：

struct X
{
    virtual void foo();
};
struct Y : X
{
   void foo() {}
};
int main()
{
   Y y; //linker error although there was no call to X::foo
}

要使其工作，请将X:：foo（）声明为纯：

struct X
{
    virtual void foo() = 0;
};

非虚拟类成员

即使未明确使用，也需要定义某些成员：

struct A
{ 
    ~A();
};

以下内容将产生错误：

A a;      //destructor undefined

实现可以在类定义本身中内联：

struct A
{ 
    ~A() {}
};

或外部：

A::~A() {}

如果实现在类定义之外，但在头中，则必须将方法标记为内联，以防止多重定义。

如果使用，则需要定义所有使用的成员方法。

一个常见的错误是忘记限定名称：

struct A
{
   void foo();
};

void foo() {}

int main()
{
   A a;
   a.foo();
}

定义应为

void A::foo() {}

静态数据成员必须在类外部的单个转换单元中定义：

struct X
{
    static int x;
};
int main()
{
    int x = X::x;
}
//int X::x; //uncomment this line to define X::x

可以为类定义中的整型或枚举类型的静态常量数据成员提供初始值设定项；然而，odr使用这个成员仍然需要如上所述的命名空间范围定义。C++11允许在类内初始化所有静态常量数据成员。

链接在引用库的对象文件之前使用库

您正在尝试编译程序并将其与GCC工具链链接。链接指定了所有必要的库和库搜索路径如果libfoo依赖于libbar，那么链接会正确地将libfoo放在libbar之前。链接失败，对某些错误的引用未定义。但是所有未定义的东西都在你的头文件中声明#并且实际上是在您链接的库中定义的。

示例在C中。它们也可以是C++

一个涉及您自己构建的静态库的最小示例

my_lib.c文件

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

void hw(void)
{
    puts("Hello World");
}

my_lib.h

#ifndef MY_LIB_H
#define MT_LIB_H

extern void hw(void);

#endif

例如1.c

#include <my_lib.h>

int main()
{
    hw();
    return 0;
}

构建静态库：

$ gcc -c -o my_lib.o my_lib.c
$ ar rcs libmy_lib.a my_lib.o

编译程序：

$ gcc -I. -c -o eg1.o eg1.c

尝试将其与libmy_lib.a链接，但失败：

$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o 
eg1.o: In function `main':
eg1.c:(.text+0x5): undefined reference to `hw'
collect2: error: ld returned 1 exit status

如果您在一个步骤中编译和链接，则会得到相同的结果，例如：

$ gcc -o eg1 -I. -L. -lmy_lib eg1.c
/tmp/ccQk1tvs.o: In function `main':
eg1.c:(.text+0x5): undefined reference to `hw'
collect2: error: ld returned 1 exit status

一个涉及共享系统库的最小示例，即压缩库libz

例如2.c

#include <zlib.h>
#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("%s\n",zlibVersion());
    return 0;
}

编译程序：

$ gcc -c -o eg2.o eg2.c

尝试将程序与libz链接并失败：

$ gcc -o eg2 -lz eg2.o 
eg2.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'
collect2: error: ld returned 1 exit status

如果您一次编译并链接：

$ gcc -o eg2 -I. -lz eg2.c
/tmp/ccxCiGn7.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'
collect2: error: ld returned 1 exit status

示例2的一个变体涉及pkg配置：

$ gcc -o eg2 $(pkg-config --libs zlib) eg2.o 
eg2.o: In function `main':
eg2.c:(.text+0x5): undefined reference to `zlibVersion'

你做错了什么？

在要链接的对象文件和库序列中程序，您将库放在引用的对象文件之前他们您需要将库放在引用对他们来说。

正确链接示例1：

$ gcc -o eg1 eg1.o -L. -lmy_lib

成功：

$ ./eg1 
Hello World

正确链接示例2：

$ gcc -o eg2 eg2.o -lz

成功：

$ ./eg2 
1.2.8

正确链接示例2 pkg配置变体：

$ gcc -o eg2 eg2.o $(pkg-config --libs zlib) 
$ ./eg2
1.2.8

解释

从这里开始，阅读是可选的。

默认情况下，GCC在您的发行版上生成的链接命令，在中从左到右使用链接中的文件命令行序列。当它发现一个文件引用了某个并且不包含其定义，to将搜索定义在更右边的文件中。如果它最终找到了定义解析引用。如果任何引用在结束时仍未解决，链接失败：链接器没有向后搜索。

首先，示例1，使用静态库my_lib.a

静态库是对象文件的索引存档。当链接器在链接序列中找到-lmy-lib，并指出这是指到静态库/libmy_lib.a，它想知道您的程序是否需要libmy_lib.a中的任何对象文件。

libmy_lib.a中只有一个对象文件，即my_lib.o，并且只定义了一个对象在my_lib.o中，即函数hw。

链接器将决定您的程序需要my_lib.o，如果并且仅当它已经知道您的程序在一个或多个对象文件中引用hw添加到程序中，并且没有添加任何对象文件包含hw的定义。

如果这是真的，那么链接器将从库中提取my_lib.o的副本，并将其添加到您的程序中。然后，您的程序包含hw的定义，因此其对hw的引用被解析。

当您尝试链接程序时，如：

$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o

链接器在看到时没有将eg1.o添加到程序中-lmy_库。因为在这一点上，它还没有看到eg1.o。您的程序尚未引用hw:it根本没有做任何引用，因为它做的所有引用在eg1.o中。

因此，链接器不会将my_lib.o添加到程序中，并且没有其他内容用于libmy_lib.a。

接下来，它找到eg1.o，并将其添加到程序中。中的对象文件链接序列总是添加到程序中。现在，该程序使对hw的引用，并且不包含hw的定义；但是链接序列中没有任何内容可以提供缺失释义对hw的引用最终无法解析，链接失败。

第二，示例2，使用共享库libz

共享库不是对象文件或类似文件的存档更像是一个没有主功能的程序而是公开它定义的多个其他符号程序可以在运行时使用它们。

今天，许多Linux发行版配置其GCC工具链，以便其语言驱动程序（GCC、g++、gfortran等）指示系统链接器（ld）根据需要链接共享库。你有一个这样的发行版。

这意味着当链接器在链接序列中找到-lz，并发现这是指到共享库（例如）/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libz，它想知道它添加到程序中的任何尚未定义的引用是否具有libz导出的定义

如果这是真的，那么链接器将不会从libz和将它们添加到您的程序中；相反，它只会修改程序的代码从而：-

在运行时，系统程序加载器会将libz的副本加载到无论何时加载程序的副本，都可以执行与程序相同的过程。在运行时，每当程序引用libz，该引用使用中libz副本导出的定义相同的过程。

您的程序只想引用一个由libz导出的定义，即函数zlibVersion，在eg2.c中仅引用一次。如果链接器将该引用添加到程序中，然后找到定义由libz导出，引用被解析

但当您尝试链接程序时，如：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

事件的顺序是错误的，其方式与示例1相同。在链接器找到-lz时，没有对任何内容的引用在节目中：他们都在eg2.o中，这还没有被看到。所以链接器决定它不适用于libz。当它达到eg2.o时，将其添加到程序中，然后对zlibVersion有未定义的引用，链接序列完成；该引用未解析，链接失败。

最后，示例2的pkg配置变体现在有了一个显而易见的解释。壳体膨胀后：

gcc -o eg2 $(pkg-config --libs zlib) eg2.o

变为：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

这再次只是示例2。

我可以重复示例1中的问题，但不能重复示例2中的问题

联动装置：

gcc -o eg2 -lz eg2.o

对你来说很好！

（或者：在Fedora 23上，这种链接很好，但在Ubuntu 16.04上失败了）

这是因为链接工作的发行版是不配置其GCC工具链以根据需要链接共享库。

过去，类unix系统链接静态和共享是很正常的不同的规则。链接序列中的静态库已链接但是共享库是无条件链接的。

这种行为在链接时是经济的，因为链接器不必考虑程序是否需要共享库：如果是共享库，大多数链接中的大多数库都是共享库。但也有缺点：-

这在运行时是不经济的，因为它会导致共享库与程序一起加载，即使不需要它们。静态库和共享库的不同链接规则可能会令人困惑对于不熟练的程序员，他们可能不知道-lfo是否在他们的联系中将解析为/some/where/libfoo.a或/some/wwhere/libfoo.so，并且可能不理解共享库和静态库之间的区别无论如何

这种权衡导致了今天的分裂局面。一些发行版有更改了共享库的GCC链接规则，以便根据需要这一原则适用于所有图书馆。一些发行版沿用了旧版本方法

为什么即使同时编译和链接，我仍然会遇到这个问题？

如果我这样做：

$ gcc -o eg1 -I. -L. -lmy_lib eg1.c

当然，gcc必须首先编译eg1.c，然后链接生成的带有libmy_lib.a的对象文件，那么它怎么可能不知道该对象文件在进行链接时是否需要？

因为使用单个命令编译和链接不会更改连杆顺序。

当您运行上面的命令时，gcc发现您需要编译+链接。因此，在幕后，它生成一个编译命令，并运行然后生成一个链接命令并运行它，就像您运行了两个命令：

$ gcc -I. -c -o eg1.o eg1.c
$ gcc -o eg1 -L. -lmy_lib eg1.o

因此，如果运行这两个命令，链接就会失败。这个您在失败中注意到的唯一区别是gcc生成了编译+链接情况下的临时对象文件，因为您没有告诉它使用eg1.o.我们看到：

/tmp/ccQk1tvs.o: In function `main'

而不是：

eg1.o: In function `main':

另请参见

指定相互依赖的链接库的顺序错误

将相互依赖的库按错误的顺序排列只是一种方法在其中，您可以获取需要对即将到来的事物进行定义的文件在链接中晚于提供定义的文件。将库放在引用它们的对象文件是犯同样错误的另一种方式。

未能链接到适当的库/对象文件或编译实现文件

通常，每个翻译单元都会生成一个包含该翻译单元中定义的符号定义的对象文件。要使用这些符号，必须链接这些对象文件。

在gcc下，您可以指定要在命令行中链接在一起的所有对象文件，或者一起编译实现文件。

g++ -o test objectFile1.o objectFile2.o -lLibraryName

-我。。。必须位于任何.o/.c/.cpp文件的右侧。

这里的libraryName只是库的裸名，没有特定于平台的添加。例如，在Linux上，库文件通常被称为libfoo.So，但您只能编写-lfo。在Windows上，相同的文件可能被称为foo.lib，但您将使用相同的参数。您可能需要添加目录，在该目录中可以使用-Lûdirectory›找到这些文件。确保不要在-l或-l后面写空格。

对于Xcode：添加用户标题搜索路径->添加库搜索路径->将实际的库引用拖放到项目文件夹中。

在MSVS下，添加到项目中的文件会自动将其对象文件链接在一起，并生成一个lib文件（常见用法）。要在单独的项目中使用符号，您需要需要在项目设置中包含lib文件。这是在项目财产的链接器部分的Input->Additional Dependencies中完成的。（指向lib文件的路径应为在Linker->General->Additional Library Directories中添加）当使用随lib文件提供的第三方库时，失败通常会导致错误。

还可能发生忘记将文件添加到编译中的情况，在这种情况下，不会生成对象文件。在gcc中，您可以将文件添加到命令行。在MSVS中，将文件添加到项目将使其自动编译（尽管文件可以手动从构建中单独排除）。

在Windows编程中，未链接必要库的标志是未解析符号的名称以__imp_开头。在文档中查找函数的名称，它应该指出您需要使用哪个库。例如，MSDN将信息放在名为“库”的部分中每个函数底部的框中。