《程序员自我修养》阅读笔记-目标文件里有什么

Posted 2020-08-15

linux下的目标文件（.o文件）采用ELF格式。目标文件里采用段section的格式存储，比如代码段啊（存代码），数据段啊（初始化了的全局变量和局部静态变量），BSS段啊（未初始化的全局和局部静态变量），只读数据段啊（程序中用到的字符串）等。在所有的段外，有一个重要的结构叫做文件头。所以这里从文件头开始说。

1 文件头主要包含以下内容（没什么用的就不写了）：

 （1）e_ident:这里面一个重要的内容就是魔数和机器的位数。魔数用来标识文件的类型，比如elf啊，a.out啊，MZ啊等。机器位数就是32或者64.

 （2）e_type:有三种，可重定位文件（就是目标文件），可执行文件，共享目标文件（就是动态链接库文件）

 （3）e_shoff: 段表在文件中的偏移（接下来会说段表相关内容）

 （4）e_ehsize ：文件头本身的大小

 （5）e_shentsize: 段表描述符的大小。就是段表有很多项，这个是说每一项的大小是多少（接下来会说段表相关内容）

 （6）e_shnum： 段表描述符数量（接下来会说段表相关内容）

 （7）e_shstrndx： 段表字符串表在段表中的下标。段表字符串表就是存储所有所有段的名字的一个表。一般段表字符串表的名字可能是.shstrtab（接下来会说段表相关内容）

   从这里可以知道段表的位置（e_shoff），段表中有多少项（e_shnum），这样就能从段表中解析出所有的段。下面是段表的相关内容。

2 段表。段表有很多项。每一项主要包含以下内容：

 （1）sh_name：这个值记录的是段的名字在段表字符串表的下标

 （2）sh_type：段的类型。主要的类型有程序段，符号表段，字符串表，重定位表，哈希表，动态链接信息等

 （3）sh_flag：段的标志位，有三种：可写，需要分配空间，可执行

 （4）sh_addr：段虚拟地址，被加载后在进程空间的地址；

 （5）sh_offset：段的偏移

 （6）sh_size：段的长度

 （7）sh_link,sh_info:段的链接信息。如果段的内容与链接有关，这两个值才有意义。比如动态链接符号表啊，重定位表啊，sh_link表示这些表使用的字符串表或符号表在段表中的下标，sh_info表示重定位表作用的段在段表中的下标。

 （8）sh_addralign: 对齐信息

 （9）sh_entsize：项的长度。有些段，比如符号表，每个项的大小是相同的，所以需要每个项的大小。

3 重定位表：代码段如果需要重定位，那么就会有针对代码段的重定位段，比如.rel.text;数据段如果需要重定位，那么也需要专门的重定位表，比如.rel.data。每个重定位段是专门的一个段。它的sh_link表示符号表的下标，sh_info表示它作用于哪个段。关于重定位表的详细结构在下一篇阅读笔记中说明。

4 字符串表：字符串表是将用到的字符串都放到一起，然后每个用到字符串的地方只需要给出字符串表的下标即可。一般字符串表存放程序中用到的字符串，而段表字符串表用来存储段表中用到的字符串，比如段名。

5 符号表。符号是进行链接的接口。符号表由很多项组成的。每一项包含的内容如下：

 （1）st_name：符号名在字符串表的下标

 （2）st_value：简单的说，这个表示符号（函数啊，变量啊）的地址，实际上大多数时候这个值表示的是符号相对于所在段的偏移。在可执行文件中，这个表示符号的虚拟地址（这个对动态链接有用）。

 （3）st_size：符号大小，比如double的大小为8个字节

 （4）st_info：它的第四位表示符号的绑定信息（局部符号，全局符号，弱引用），高28位表示符号类型（数据啊，函数啊等）

 （5）sh_shndx：如果符号定义在本目标文件，这个表示符号所在段的下标。