为什么C++不需要单独链接libm库?

在《一个奇怪的链接问题》一文中,有一个读者提到了一个有趣的问题:
为什么在C++中使用了pow函数不需要链接libm库?不得不说,这位读者非常细心,我自己之前都没太注意到。

什么情况需要指定链接库

在解释之前,先回顾一下。

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//来源:公众号【编程珠玑】
//https://www.yanbinghu.com
#include<stdio.h>
#include<math.h>
int main(void)
{
int b = 2;
double a = pow(b,b);
printf("%f\n",a);
return 0;
}

代码本身比较简单,pow(x,y)用于计算x的y次幂。
这里由于pow函数并不在lib库中,默认情况下,编译的时候只链接了libc库,因此如果不指定链接库,则会报错:

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$ gcc -o test test.c
/tmp/ccKDgtzz.o: In function `main':
test.c:(.text+0x22): undefined reference to `pow'
collect2: error: ld returned 1 exit status

从报错信息来看,我们知道是找不到pow函数的定义。

通过man手册也可以查看到,编译是需要包含头文件math.h和链接数学库的:

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$ man pow
#include <math.h>
double pow(double x, double y);
float powf(float x, float y);
long double powl(long double x, long double y);
Link with -lm.

即像下面这样是可以的:

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$ gcc -o test test.c -lm
$ ./test
4.000000

gcc在编译的时候默认链接的是libc库,其他库需要手动指定。

但是,看下面的代码:

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//来源:公众号【编程珠玑】
//作者:守望先生
#include<iostream>
#include<cmath>
int main()
{
int b = 2;
double a = pow(b,b);
std::cout<<a<<std::endl;
return 0;
}

编译运行:

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$ g++ -o test test.cpp
$ ./test
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问题

为何在C++中使用pow函数不需要手动指定链接数学库libm,而C里面却需要呢?

为了解答这个问题,我们必须知道C++的程序中,到底有没有链接libm库。如何查看呢?还记得在《linux常用命令-开发调试篇》中提到的ldd吗?它可以查看当前程序链接了哪些动态库:

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$ ldd test
linux-vdso.so.1 => (0x00007ffd41bda000)
libstdc++.so.6 => /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 (0x00007f6230cca000)
libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007f62309c1000)
libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007f62305f7000)
/lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x00007f623104c000)
libgcc_s.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0x00007f62303e1000)

看到没有,除了链接了最基本的libstdc++库,还链接了libc和libm库!也就是说,虽然没有手动指定链接,但是实际上还是链接了。但是这是什么时候链接上的呢?

我们再看libstdc++的链接库发现:

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$ ldd /usr/lib32/libstdc++.so.6
linux-gate.so.1 => (0xf7f92000)
libm.so.6 => /lib/i386-linux-gnu/libm.so.6 (0xf7da6000)
libc.so.6 => /lib/i386-linux-gnu/libc.so.6 (0xf7bf0000)
/lib/ld-linux.so.2 (0xf7f94000)
libgcc_s.so.1 => /lib/i386-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0xf7bd3000)

看见没有!原来是libstdc++已经链接了libm库,这也就解释了为什么C++代码中不需要手动指定链接数学库libm。

总结

通过前面的内容我们总结如下:

  • C代码编译时,通常会默认链接libc库
  • C++代码编译时,通常会默认链接libstdc++库
  • 由于libstdc++中有依赖一些数学函数或者libc库中的函数,因此默认链接了libc库和libm库。
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