TL;博士
您正在使用 GCC 8.4.0 进行编译,因此您需要明确链接到-lstdc++fs
.
由于您使用的是 GCC 8.4.0,因此您使用的是 GNU C++ 标准库,也就是 GCC 8.4.0 版本的 libstdc++ 标头。但是您的系统(Ubuntu 20.04)仅包含libstdc++.so.6.0.28
来自 GCC 9。如果您没有明确链接到-lstdc++fs
,那么您会不小心使用来自 GCC 9(via )而不是来自 GCC 8(via )的std::filesystem
符号。libstdc++.so
libstdc++fs.a
GCC 8 和 GCC 9 有不兼容的std::filesystem
类型。更具体地说,它们的二进制布局是不同的。这基本上是一个非常隐蔽的 ODR 违规。您的对象是为 GCC 8 布局分配的,但使用 GCC 9 布局构建。当您尝试销毁它时,析构函数使用 GCC 8 布局并崩溃,因为数据不是它所期望的。
有两段代码使用不同的、不兼容的path
类型布局。
第一段代码来自libstdc++.so.6.0.28
: 它包含 的定义path::_M_split_cmpts()
,通过内联构造函数调用path::path(string_type&&, format)
。由于构造函数是内联的,因此构造函数本身的代码会生成到您的可执行文件中。因此,您的可执行文件包含对path::_M_split_cmpts
.
第二段代码在您自己的可执行文件中:它为内联(默认)析构函数path::~path()
及其调用的内联函数生成指令;一直到std::filesystem::__cxx11::path::path<char [21], std::filesystem::__cxx11::path>(char const (&) [21], std::filesystem::__cxx11::path::path>(char const (&) [21], std::filesystem::__cxx11::path::format)
。
我们怎样才能找到这个?
使用调试器:逐步检查 ctor 中的可疑函数会发现:
0x5569716498ed <std::filesystem::__cxx11::path::path<char [21], std::filesystem::__cxx11::path>(char const (&) [21], std::filesystem::__cxx11::path::path>(char const (&) [21], std::filesystem::__cxx11::path::format)+112> callq 0x5569716491e0 <_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv@plt>
这是通过 PLT 进行的调用(因此,可能来自共享对象,并且绝对不是内联的)。我们踏入其中并:
(gdb) bt
#0 0x00007f102c60f260 in std::filesystem::__cxx11::path::_M_split_cmpts() () from /lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
#1 0x00005569716498ed in std::filesystem::__cxx11::path::path<char [21], std::filesystem::__cxx11::path> (this=0x7ffe1a07ad60, __source=...)
at /usr/include/c++/8/bits/fs_path.h:185
#2 0x00005569716493fd in main () at blub.cpp:6
因此,我们可以看到它确实来自/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
,它是 的符号链接/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.28
。
我们可以在 OP 的 Valgrind 输出中看到的 dtor:
==30078== Invalid read of size 8
==30078== at 0x13AD9B: std::vector<std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, std::allocator<std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> >::~vector() (in /home/(me)/src/tomato/build-src-Desktop-Release/TomatoLauncher)
它是内联的,因此在可执行文件中。
现在,真正有趣的部分是包含内联函数的头文件path
和path::_M_split_cmpts
函数都来自 GNU C++ 标准库 (libstdc++)。
他们怎么可能不相容?
为了回答这个问题,让我们来看看确切的版本。我们正在使用 GCC 8.4.0 进行编译。它包含包含路径,它们引用 Ubuntu 20.04 的 gcc-8 包中附带的标准库头文件。这些完全匹配,您必须更改默认设置以使 GCC 使用不同的、不匹配的标准库头文件。因此,标头是 GCC 8.4.0 的标头。
共享对象libstdc++.so
呢?我们正在libstdc++.so.6.0.28
根据ldd
和调试器运行。根据libstdc++ ABI Policy and Guidelines,即GCC >= 9.3。
libstdc++.so.6.0.28 确实包含以下定义_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
:
$ objdump -T /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.28 | grep _ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
000000000016a260 g DF .text 00000000000005f3 GLIBCXX_3.4.26 _ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
根据 ABI 文档,这是
GCC 9.1.0:GLIBCXX_3.4.26、CXXABI_1.3.12
所以这是一个在 GCC 8.4.0 中不可用的符号。
为什么编译器/链接器不抱怨?
当我们使用 gcc-8 编译时,为什么编译器或链接器不抱怨我们使用 GCC 9 中的符号?
如果我们用 编译-v
,我们会看到链接器调用:
COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-std=c++17' '-g' '-shared-libgcc' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/collect2 -plugin /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/liblto_plugin.so -plugin-opt=/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/lto-wrapper -plugin-opt=-fresolution=/tmp/cceJgWPt.res -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lgcc -plugin-opt=-pass-through=-lc -plugin-opt=-pass-through=-lgcc_s -plugin-opt=-pass-through=-lgcc --build-id --eh-frame-hdr -m elf_x86_64 --hash-style=gnu --as-needed -dynamic-linker /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 -pie -z now -z relro /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../x86_64-linux-gnu/Scrt1.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../x86_64-linux-gnu/crti.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/crtbeginS.o -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8 -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../../lib -L/lib/x86_64-linux-gnu -L/lib/../lib -L/usr/lib/x86_64-linux-gnu -L/usr/lib/../lib -L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../.. /tmp/ccTNph3u.o -lstdc++ -lm -lgcc_s -lgcc -lc -lgcc_s -lgcc /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/crtendS.o /usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/../../../x86_64-linux-gnu/crtn.o COLLECT_GCC_OPTIONS='-v' '-std=c++17' '-g' '-shared-libgcc' '-mtune=generic' '-march=x86-64'
在那里,我们有-L/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8
其他途径可以找到标准库。在那里,我们找到libstdc++.so -> ../../../x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6
,它最终指向/usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6.0.28
(!!!)。
所以链接器被赋予了 GCC 9's libstdc++.so
,并且它没有从编译器 (*) 接收到任何关于符号的版本信息。编译器只知道源代码,在这种情况下源代码不包含符号版本(GCC 8.4.0 的文件系统头文件)。然而,符号版本存在于 ELF 二进制文件libstdc++.so
中。链接器查看GLIBCXX_3.4.26
编译器请求的符号_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
并对此感到满意。让您想知道是否有链接器开关来告诉链接器“如果我请求未版本化符号,请不要使用版本化符号”。
(*) 链接器不会从编译器接收关于该未解析符号的任何符号信息,因为编译器没有来自源代码的此类信息。您可以将信息添加到您的源代码。我不知道 libstdc++ 通常是如何做到的——或者它对头文件中符号版本的政策。看起来它根本没有完成filesystem
。
ELF 符号版本控制机制通常应该防止这种不兼容:如果存在与布局不兼容的更改,则创建一个具有相同名称但版本不同的新符号,并将其添加到libstdc++.so
中,然后包含旧版本和新版本。
编译的二进制文件libstdc++.so
指定它想要哪个版本的符号,动态加载器会根据名称和版本匹配的符号正确解析未定义的符号。请注意,动态链接器不知道要搜索哪个共享库(在 Windows/PE 上,这是不同的)。任何“符号请求”都只是一个未定义的符号,并且有一个完全独立的所需库列表,这些库将提供那些未定义的符号。但是二进制文件中没有映射哪个符号应该来自哪个库。
因为 ELF 符号版本控制机制允许向后兼容添加符号,所以我们可以为多个版本的编译器维护一个。 这就是为什么您会在各处看到符号链接,将所有符号链接到同一个文件。后缀是另一种正交版本控制方案,它允许向后不兼容的更改:您的二进制文件可以指定它需要的内容,并且您可以添加与其他二进制文件不兼容的内容。libstdc++.so
.6.0.28
libstdc++.so.6
libstdc++.so.7
有趣的事实:如果您将库链接到纯 GCC 8 版本libstdc++.so
,您会看到链接器错误。链接到共享库对二进制文件没有多大作用。但是,它确实修复了未解析符号的符号版本,并且可以在查看所有库后检查是否没有留下未解析的符号。我们可以看到,_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv@GLIBCXX_3.4.26
当您将二进制文件链接到libstdc++.so.6.0.28
.
有趣的事实 2:如果您针对纯 GCC 8 版本运行您的库libstdc++.so
,您将收到动态链接器错误,因为它无法找到_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv@GLIBCXX_3.4.26
.
实际上应该发生什么?
您实际上应该链接到libstdc++fs.a
. 它还提供了 的定义_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
,它不是符号链接,而是特定于这个 GCC 版本:/usr/lib/gcc/x86_64-linux-gnu/8/libstdc++fs.a
.
当您链接到 时-lstdc++fs
,您会将其符号直接包含在可执行文件中(因为它是一个静态库)。可执行文件中的符号优先于共享对象中的符号。因此,使用了_ZNSt10filesystem7__cxx114path14_M_split_cmptsEv
from libstdc++fs.a
。
实际上布局中的不兼容是path
什么?
GCC 9 引入了一种不同的类型来保存路径的组件。使用clang++ -cc1 -fdump-record-layouts
,我们可以在左侧看到偏移量,在右侧看到成员和类型名称:
海湾合作委员会 8.4.0:
0 | class std::filesystem::__cxx11::path
0 | class std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> > _M_pathname
0 | struct std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::_Alloc_hider _M_dataplus
0 | class std::allocator<char> (base) (empty)
0 | class __gnu_cxx::new_allocator<char> (base) (empty)
0 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::pointer _M_p
8 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::size_type _M_string_length
16 | union std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::(anonymous at /usr/include/c++/8/bits/basic_string.h:160:7)
16 | char [16] _M_local_buf
16 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::size_type _M_allocated_capacity
32 | class std::vector<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> > _M_cmpts
32 | struct std::_Vector_base<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> > (base)
32 | struct std::_Vector_base<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> >::_Vector_impl _M_impl
32 | class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> (base) (empty)
32 | class __gnu_cxx::new_allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> (base) (empty)
32 | std::_Vector_base<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> >::pointer _M_start
40 | std::_Vector_base<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> >::pointer _M_finish
48 | std::_Vector_base<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt, class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt> >::pointer _M_end_of_storage
56 | enum std::filesystem::__cxx11::path::_Type _M_type
| [sizeof=64, dsize=57, align=8,
| nvsize=57, nvalign=8]
海湾合作委员会 9.3.0:
0 | class std::filesystem::__cxx11::path
0 | class std::__cxx11::basic_string<char> _M_pathname
0 | struct std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::_Alloc_hider _M_dataplus
0 | class std::allocator<char> (base) (empty)
0 | class __gnu_cxx::new_allocator<char> (base) (empty)
0 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::pointer _M_p
8 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::size_type _M_string_length
16 | union std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::(anonymous at /usr/include/c++/9/bits/basic_string.h:171:7)
16 | char [16] _M_local_buf
16 | std::__cxx11::basic_string<char, struct std::char_traits<char>, class std::allocator<char> >::size_type _M_allocated_capacity
32 | struct std::filesystem::__cxx11::path::_List _M_cmpts
32 | class std::unique_ptr<struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter> _M_impl
32 | class std::__uniq_ptr_impl<struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter> _M_t
32 | class std::tuple<struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl *, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter> _M_t
32 | struct std::_Tuple_impl<0, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl *, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter> (base)
32 | struct std::_Tuple_impl<1, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter> (base) (empty)
32 | struct std::_Head_base<1, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter, true> (base) (empty)
32 | struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl_deleter (base) (empty)
32 | struct std::_Head_base<0, struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl *, false> (base)
32 | struct std::filesystem::__cxx11::path::_List::_Impl * _M_head_impl
| [sizeof=40, dsize=40, align=8,
| nvsize=40, nvalign=8]
区别在于path::_M_cmpts
:
// GCC 8
class std::vector<
struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt,
class std::allocator<struct std::filesystem::__cxx11::path::_Cmpt>
> _M_cmpts
// GCC 9
struct std::filesystem::__cxx11::path::_List _M_cmpts
您还可以path::_List
在上面的记录转储中看到 的结构。它与 GCC 8 非常不兼容vector
。
请记住,我们是path::_M_split_cmpts
通过 GCC 9 中的 libstdc++.so 调用的,并且我们在该数据成员的vector
析构函数中崩溃了。_M_cmpts
这是从更改为的vector
提交_List
:
commit 4f87bb8d6e8dec21a07f1fba641a78a127281349
Author: Jonathan Wakely <jwakely@redhat.com>
Date: Thu Dec 13 20:33:55 2018 +0000
PR libstdc++/71044 optimize std::filesystem::path construction
This new implementation has a smaller footprint than the previous
implementation, due to replacing std::vector<_Cmpt> with a custom pimpl
type that only needs a single pointer. The _M_type enumeration is also
combined with the pimpl type, by using a tagged pointer, reducing
sizeof(path) further still.
Construction and modification of paths is now done more efficiently, by
splitting the input into a stack-based buffer of string_view objects
instead of a dynamically-allocated vector containing strings. Once the
final size is known only a single allocation is needed to reserve space
for it. The append and concat operations no longer require constructing
temporary path objects, nor re-parsing the entire native pathname.
This results in algorithmic improvements to path construction, and
working with large paths is much faster.