第三章：目标文件里有什么
3.1 目标文件的格式
ELF 文件格式
ELF（Executable and Linkable Format）是一种用于可执行文件、目标代码、共享库和核心转储的标准文件格式。
ELF 文件的基本结构：
- ELF 头（ELF Header）
- 程序头表（Program Header Table）
- 节头表（Section Header Table）
- 节（Sections）
示例代码：
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| #include <stdio.h>
int global_var = 10;
static int static_var = 20;
void func() {
static int local_static = 30;
int local_var = 40;
printf("Values: %d, %d, %d, %d\n",
global_var, static_var, local_static, local_var);
}
int main() {
func();
return 0;
}
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使用以下命令查看 ELF 文件信息：
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gcc -c elf_demo.c -o elf_demo.o
readelf -h elf_demo.o
readelf -S elf_demo.o
readelf -s elf_demo.o
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段的概念
ELF 文件中的主要段：
- .text：代码段，存放可执行指令
- .data：数据段，存放已初始化的全局变量和静态变量
- .bss：未初始化数据段，存放未初始化的全局变量和静态变量
- .rodata：只读数据段，存放常量
- .comment：注释信息
- .debug：调试信息
示例代码：
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| #include <stdio.h>
// .text 段
void func() {
printf("Hello\n");
}
// .data 段
int global_init = 10;
// .bss 段
int global_uninit;
// .rodata 段
const char *str = "Hello, World!";
int main() {
// .text 段
func();
// .data 段
static int static_init = 20;
// .bss 段
static int static_uninit;
return 0;
}
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使用以下命令查看段信息：
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gcc -c sections.c -o sections.o
objdump -h sections.o
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符号表
符号表记录了目标文件中定义和引用的符号信息。主要包括：
- 全局符号
- 局部符号
- 调试符号
示例代码：
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| #include <stdio.h>
// 全局符号
int global_var = 10;
// 静态全局符号
static int static_global = 20;
// 函数符号
void func() {
// 局部符号
int local_var = 30;
printf("%d\n", local_var);
}
int main() {
func();
return 0;
}
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使用以下命令查看符号表：
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gcc -c symbols.c -o symbols.o
nm symbols.o
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3.2 链接的接口——符号
符号的定义与引用
符号分为：
- 强符号：函数和已初始化的全局变量
- 弱符号：未初始化的全局变量
示例代码：
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| // 强符号
int strong_var = 10;
void strong_func() {}
// 弱符号
int weak_var;
void weak_func() {}
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| // 引用符号
extern int strong_var;
extern void strong_func();
extern int weak_var;
extern void weak_func();
int main() {
strong_func();
weak_func();
return 0;
}
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符号表
符号表的结构：
- 符号名
- 符号值
- 符号大小
- 符号类型
- 符号绑定信息
- 符号可见性
使用以下命令查看详细的符号信息：
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gcc -c symbol_def.c -o symbol_def.o
gcc -c symbol_ref.c -o symbol_ref.o
readelf -s symbol_def.o
readelf -s symbol_ref.o
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符号修饰与函数签名
C++ 中的符号修饰：
- 函数名修饰
- 类名修饰
- 命名空间修饰
示例代码：
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| #include <iostream>
namespace MySpace {
class MyClass {
public:
void myFunc(int x) {
std::cout << x << std::endl;
}
};
}
int main() {
MySpace::MyClass obj;
obj.myFunc(10);
return 0;
}
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使用以下命令查看修饰后的符号：
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g++ -c name_mangling.cpp -o name_mangling.o
nm name_mangling.o
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实践练习
- ELF 文件分析
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cat > elf_test.c << EOL
#include <stdio.h>
int global_var = 10;
static int static_var = 20;
void func() {
printf("Hello\n");
}
int main() {
func();
return 0;
}
EOL
gcc -c elf_test.c -o elf_test.o
readelf -h elf_test.o
readelf -S elf_test.o
readelf -s elf_test.o
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- 段分析
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objdump -h elf_test.o
objdump -s elf_test.o
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- 符号分析
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nm elf_test.o
readelf -s elf_test.o
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思考题
- ELF 文件格式的主要组成部分是什么？
- 代码段和数据段的区别是什么？
- 强符号和弱符号的区别是什么？
- 为什么需要符号修饰？
- 如何解决符号冲突问题？
参考资料
- 《程序员的自我修养：链接、装载与库》
- ELF 文件格式规范
- GNU Binutils 文档
- System V ABI
- C++ 名字修饰