gcc编译C/Fortran混合程序 链接静态/动态库报undefined reference错误

参考相关技术帖子，使用gcc编译C、Fortran混合语言程序时，直接链接生成的目标文件流程正常，但替换为静态库或共享库参与链接时，链接器返回如下错误：

/usr/bin/ld: /tmp/ccdqJ6hY.o: in function `MAIN__':
hello.f90:(.text+0x76): undefined reference to `fun'
collect2: error: ld returned 1 exit status

相关文件内容 #

C库源文件 fun.c #

#include <stdio.h>
void fun(void) {
  printf("Hello from C function.\n");
}

Fortran源文件 hello.f90 #

program hello
  print *, "Hello from Fortran program."
  call fun()
end

构建脚本 #

#! /bin/sh
#
gcc -c fun.c                     # 生成C库目标文件
ar r libfun.a fun.o              # 生成静态C库
gcc -shared -o libfun.so fun.o   # 生成动态链接C库
#
gfortran -fno-underscoring -o hello1 fun.o hello.f90                      # 该命令可正常编译运行
#
gfortran -fno-underscoring -o hello2 -L. -Wl,-rpath=`pwd` -lfun hello.f90 # 该命令链接失败
#
gfortran -fno-underscoring -o hello3 -L. libfun.a hello.f90               # 该命令链接失败

已完成排查 #

通过nm工具检查生成的库文件，fun符号存在且命名符合预期：

$ nm libfun.a

fun.o:
0000000000000000 T fun

当前运行环境为Debian GNU/Linux 11 (bullseye)，使用gcc版本为gcc (Debian 10.2.1-6) 10.2.1 20210110，初步怀疑本地gcc配置异常但无法定位问题。 #

故障原因与解决方案 #

该故障和本地gcc配置无关，由GNU ld链接器的默认库解析顺序规则导致：

• ld从左到右按顺序扫描命令行传入的所有输入文件
• 扫描到普通目标文件（.o）时，会把文件内所有符号纳入链接表，不管后续是否用到
• 扫描到静态库、或-l指定的动态库时，只会提取当前已经扫描到的未定义符号对应的实现，不会主动查找库内符号去匹配后续才会出现的未定义引用
• 扫描完一个文件就不会再回头重新解析，除非显式指定循环扫描参数

构建命令中-lfun和libfun.a都放在了hello.f90前面：扫描到C库的时候，还没处理Fortran代码生成的临时目标文件，链接器不知道存在fun的未定义引用，不会把fun的实现纳入链接结果；等后续扫描到Fortran目标文件发现缺少fun符号时，链接器已经跳过了C库，自然抛出未定义引用错误。
直接链接fun.o能成功，就是因为目标文件的所有符号都会被无条件纳入链接，不存在库的按需提取逻辑。

修复方法 #

把所有库相关参数移动到源文件/目标文件参数的最右侧即可，修改后的命令如下：

# 修复动态库链接
gfortran -fno-underscoring -o hello2 -L. -Wl,-rpath=`pwd` hello.f90 -lfun
# 修复静态库链接
gfortran -fno-underscoring -o hello3 hello.f90 -L. libfun.a

如果遇到多库循环依赖的复杂场景，可以用-Wl,--start-group和-Wl,--end-group把存在依赖的一组库包裹起来，强制链接器反复扫描组内文件直到所有符号解析完成，当前简单场景不需要该参数。 #

内容的提问来源于stack exchange，提问作者CKE