使用 GCC 编译时还需要使用 -fPIC 吗？答案

【问题标题】：Does one still need to use -fPIC when compiling with GCC?使用 GCC 编译时还需要使用 -fPIC 吗？
【发布时间】：2014-01-05 09:38:09
【问题描述】：

在 gcc 目标机器上，当想要编译共享库时，需要指定 -fpic 或 -fPIC 才能使事情正常工作。这是因为默认使用绝对寻址，这适用于完全控制自己的地址空间的可执行文件，但不适用于可以加载到可执行文件地址空间的任何位置的共享库。

然而，现代内核现在正在实施地址空间随机化，并且许多现代架构支持 PC 相对寻址。这一切似乎使绝对寻址要么不可用（地址空间随机化）要么不需要（PC相对寻址）。

我还注意到 clang 没有 -fPIC 选项，这让我认为它不再需要。

那么 -fPIC 现在是多余的还是需要生成单独的 .o 文件，一个用于静态库，一个用于共享库？

【问题讨论】：

标签： c++ c gcc

【解决方案1】：

您仍然需要使用 -fPIC 进行编译。这个问题不能通过 pc 相对寻址来解决。问题是如何解析外部符号。在动态链接的程序中，解析遵循不同的规则，尤其是地址空间随机化，在链接期间无法解析。

clang 确实有 -fPIC 标志，就像 gcc 一样。

$ cat > foo.c
void foo(void);
void bar(void) { foo(); }
$ gcc -S foo.c && grep call.*foo foo.s
    call    foo
$ gcc -fPIC -S foo.c && grep call.*foo foo.s
    call    foo@PLT
$ clang -S foo.c && grep call.*foo foo.s
    callq   foo
$ clang -fPIC -S foo.c && grep call.*foo foo.s
    callq   foo@PLT
$

【讨论】：

@doron 我认为是（但可能在 2013 年没有回来）：clang.llvm.org/docs/…

【解决方案2】：

我同意你的观点：在许多情况下，-fpic/-fPIC 选项几乎是多余的，但我确实使用它们来确保：

可移植性（不确定有哪些特定的操作系统/内核可用）
向后兼容性：通过这些选项，它可以确保您在旧内核上所需的行为
习惯 - 很难打破 :)
遵守可能需要它的旧代码库

【讨论】：

【解决方案3】：

这取决于目标。某些目标（如 x86_64）默认情况下与位置无关，sp -fpic 是一个 noop，对生成的代码没有影响。因此，在这些情况下，您可以省略它并且没有任何变化。其他目标（如 x86 32 位）默认情况下不是位置独立的，因此在这些机器上，如果您为可执行文件省略 -fpic，它将禁用该图像文件的 ASLR（但不适用于它使用的共享库）。

【讨论】：

【解决方案4】：

您永远不需要生成单独的.o 文件。始终指定编译器选项以生成可移植代码（通常为 -fPIC）。

在某些系统上，编译器可能被配置为强制启用此选项，或默认设置它。但无论如何指定它并没有什么坏处。

注意：人们希望在支持 PC 相对寻址的情况下表现良好，-fPIC 使用该模式而不是专用一个额外的寄存器。

【讨论】：

PIC 代码在大多数情况下较慢，因为通过 PLT 的额外跳转需要对许多函数调用进行额外的间接调用。在没有 PIC 的情况下构建静态库是个好主意。
@Art：可能会慢一些，但不会慢很多。而且我不同意在没有的情况下构建静态库很有用。静态库不仅链接到可执行文件，还链接到共享库。而且，正如前面提到的问题，ASLR 可执行文件还需要与位置无关。所以最安全的做法是始终指定-fPIC。
@Art Intel 的问题不在于函数调用或跳转（无论如何都是与 PC 相关的），而是访问全局数据。（在其他处理器上，问题会有所不同。）
如果您将静态库链接到动态库，您还应该构建静态库的图片版本。或者最好是部分链接的 PIC 对象文件（这是我在工作中的构建系统中所做的）。我见过的实际上有 PIE 的系统（我猜这就是你所说的 aslr 可执行文件）默认编译器总是生成 PIC，你不能生成非 PIC 代码，所以这不是问题。
@JamesKanze 当您不知道您的函数相对于您正在调用的函数的偏移量时，您不能进行相对于 pc 的函数调用，这在动态链接时是一个问题。这就是为什么在 PIC 模式下，我所知道的所有编译器都会生成 PLT 调用。在没有 PIC 的情况下构建时，您可以避免 PLT 调用，这是一种间接的方式。

【解决方案5】：

gcc 针对很多平台和架构，并不是所有的平台和架构都像 x86 架构那样支持原生 PIC。在某些情况下，创建 PIC 意味着额外的开销，这可能是不受欢迎的，您是否想要或需要这取决于您的项目和您的目标平台。

【讨论】：