Linux程序调试--查看二进制文件

一,二进制文件的类型

     Linux下的二进制文件是ELF格式的,主要有目标文件、静态链接库文件、动态链接库文件、可执行文件和core dump文件。可以使用如下命令查看其类型:

     file  文件名。

 

  我们还是以之前的例子test.c举例,test.c的源代码和之前的文章一样:

    int sub(int a,int b,int c){

          *(int *)a=16;
           return 0;
    }

    int main()   {
       int a=0;
       int b=1;
       int c=2;
       sub(a,b,c);
       return 0;
   }

   a)使用gcc生成目标文件: gcc -c -o test.obj test.c

   使用file查看:

    file test.obj

   test.obj: ELF 64-bit LSB relocatable, x86-64, version 1 (SYSV), not stripped

  

   b)使用gcc 和ar生成静态库文件:

   gcc -c -o test.o test.c

   ar rcs libtest.a test.o

 

   使用file查看:

     file libtest.a

    libtest.a: current ar archive

   c)使用gcc生成动态链接库文件:

   gcc -fPIC -c -o test.o test.c

   gcc -shared -o libtest.so test.o

 

   使用file查看:

    file libtest.so

   libtest.so: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, not stripped

   d)使用gcc生成可执行文件

    gcc -o test test.c

 

    使用file查看:

    file test

   test: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), for GNU/Linux 2.6.4, dynamically linked (uses shared libs), not stripped

   e)运行产生core dump 

   ./test

  

    使用file查看:

    file test-29728.core

     test-29728.core: ELF 64-bit LSB core file x86-64, version 1 (SYSV), SVR4-style, from './test'

二,查看二进制文件段的信息

     为了能够在查看二进制文件的同时,看到二进制文件中段的意义,采用的源代码如下所示:

 /*Linux:   gcc -c SimpleSection.c

 *
 *Windows:
 * cl SimpleSection.c /c/Za
 */
int printf(const char*format,...);

int global_init_var=84;
int global_uninit_var;
static int global_static_var;
static int global_static_var1=1;
static int global_static_var0=0;
void func1(int i){
    printf("%d/n",i);
}

int main(void){
 static int static_var=85;
 static int static_var2;
 int a=1;
 int b;

 func1(static_var+static_var2+a+b);

 return a;
}

 

   使用gcc 编译出目标文件: gcc -c -o SimpleObject.o SimpleObject.c

   使用binutils工具包中的objdump查看该二进制文件,-h表示查看段头:

objdump -h SimpleSection.o


SimpleSection.o:     file format elf32-i386

Sections:
Idx Name          Size      VMA       LMA       File off  Algn
  0 .text         0000005b  00000000  00000000  00000034  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, RELOC, READONLY, CODE
  1 .data         0000000c  00000000  00000000  00000090  2**2
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, DATA
  2 .bss          0000000c  00000000  00000000  0000009c  2**2
                  ALLOC
  3 .rodata       00000004  00000000  00000000  0000009c  2**0
                  CONTENTS, ALLOC, LOAD, READONLY, DATA
  4 .comment      0000002e  00000000  00000000  000000a0  2**0
                  CONTENTS, READONLY
  5 .note.GNU-stack 00000000  00000000  00000000  000000ce  2**0
                  CONTENTS, READONLY

 

注解:

  VMA即 Virtual Memory Address,即虚拟地址

  LMA即 Load Memory Address即加载地址

 

  正常情况下这两个地址一样,有些嵌入式系统这两个值不同。

   .text是代码段,其大小为5b,在文件中的偏移是34

  .data是数据段,大小是0c,在文件中的偏移是90

   .bss是BSS段,大小是0c,文件中的偏移是9c

 

  .bss是存储未初始化的全局变量和静态局部变量。其实仅仅是给这些变量预留空间。此处便是:
static int global_static_var;static int global_static_var0=0;static int static_var2,共12字节。由于static int global_static_var0=0相当于没有初始化(没有初始化的值就是0),因而被编译器优化到了.bss,因为这样不占用磁盘空间。

 

int global_uninit_var则没有被放到任何段,而是作为未定义的COMMON符号。这个和不同语言、编译器实现有关,有的编译器放到.bss 段,有的仅仅是预留一个COMMON符号,在链接的时候再在.bss段分配预留空间。编译单元内部可见的静态变量,比如在上述中加上static的 static int global_static_var则确实被放到了.bss,是因为这个仅仅是编译单元内部可见。

 

  .rodata是只读数据段,大小是4,文件中偏移是9c。单独设立.rodata段,不仅仅直接在语义上支持了c++的const关键字,而且操作系统 加载的时候,可将其映射会只读,防止对只读数据的修改。在嵌入式平台下,有些时候使用ROM进行存储。有的编译器把字符串常量防到.data,而不是放 到.rodata,例如MSVC编译器就在编译C++的时候把字符串常量放置到.data段。

 

  .comment是注释信息段,大小是2e,文件中的偏移是a0

 

  .note.GNU-stack是GNU栈提示段,大小事0,文件中的偏移是ce

 

其中的属性 CONTENTS表示在文件中存在内容,没有该属性则表示在文件中不存在内容。

 

这样,其结构如图:

 

 

 

 也可使用size命令查看各个段的大小、地址信息,-format表示使用的输出格式:

 size --format=SysV SimpleSection.o

SimpleSection.o  :
section           size   addr
.text               91      0
.data               12      0
.bss                12      0
.rodata              4      0
.comment            46      0
.note.GNU-stack      0      0
Total              165

 

三,查看段的内容

    使用 objdump的-s查看任何需要的段的内容,如果不指定段,则显示所有的非空段的内容,-d表示将代码段反汇编(disassemble)。

  Contents of section .text:

 0000 5589e583 ec088b45 08894424 04c70424  U......E..D$...$
 0010 00000000 e8fcffff ffc9c38d 4c240483  ............L$..
 0020 e4f0ff71 fc5589e5 5183ec14 c745f401  ...q.U..Q....E..
 0030 0000008b 15080000 00a10400 00008d04  ................
 0040 020345f4 0345f889 0424e8fc ffffff8b  ..E..E...$......
 0050 45f483c4 14595d8d 61fcc3             E....Y].a..    

Contents of section .data:
 0000 54000000 01000000 55000000           T.......U...   
Contents of section .rodata:
 0000 25640a00                             %d..           
Contents of section .comment:
 0000 00474343 3a202847 4e552920 342e312e  .GCC: (GNU) 4.1.
 0010 32203230 30383037 30342028 52656420  2 20080704 (Red
 0020 48617420 342e312e 322d3434 2900      Hat 4.1.2-44). 
Disassembly of section .text:

00000000 :
   0:   55                      push   �p
   1:   89 e5                   mov    %esp,�p
   3:   83 ec 08                sub    $0x8,%esp
   6:   8b 45 08                mov    0x8(�p),�x
   9:   89 44 24 04             mov    �x,0x4(%esp)
   d:   c7 04 24 00 00 00 00    movl   $0x0,(%esp)
  14:   e8 fc ff ff ff          call   15
  19:   c9                      leave 
  1a:   c3                      ret   

0000001b

:
  1b:   8d 4c 24 04             lea    0x4(%esp),�x
  1f:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
  22:   ff 71 fc                pushl  0xfffffffc(�x)
  25:   55                      push   �p
  26:   89 e5                   mov    %esp,�p
  28:   51                      push   �x
  29:   83 ec 14                sub    $0x14,%esp
  2c:   c7 45 f4 01 00 00 00    movl   $0x1,0xfffffff4(�p)
  33:   8b 15 08 00 00 00       mov    0x8,�x
  39:   a1 04 00 00 00          mov    0x4,�x
  3e:   8d 04 02                lea    (�x,�x,1),�x
  41:   03 45 f4                add    0xfffffff4(�p),�x
  44:   03 45 f8                add    0xfffffff8(�p),�x
  47:   89 04 24                mov    �x,(%esp)
  4a:   e8 fc ff ff ff          call   4b
  4f:   8b 45 f4                mov    0xfffffff4(�p),�x
  52:   83 c4 14                add    $0x14,%esp
  55:   59                      pop    �x
  56:   5d                      pop    �p
  57:   8d 61 fc                lea    0xfffffffc(�x),%esp
  5a:   c3                      ret

 

 a)摘出.text段查看。

  Contents of section .text:

 0000 5589e583 ec088b45 08894424 04c70424  U......E..D$...$
 0010 00000000 e8fcffff ffc9c38d 4c240483  ............L$..
 0020 e4f0ff71 fc5589e5 5183ec14 c745f401  ...q.U..Q....E..
 0030 0000008b 15080000 00a10400 00008d04  ................
 0040 020345f4 0345f889 0424e8fc ffffff8b  ..E..E...$......
 0050 45f483c4 14595d8d 61fcc3             E....Y].a..

  该段总共0x5b(十进制为91)个字节。

 

 00000000 :
   0:   55                      push   �p
   1:   89 e5                   mov    %esp,�p
   3:   83 ec 08                sub    $0x8,%esp
   6:   8b 45 08                mov    0x8(�p),�x
   9:   89 44 24 04             mov    �x,0x4(%esp)
   d:   c7 04 24 00 00 00 00    movl   $0x0,(%esp)
  14:   e8 fc ff ff ff          call   15
  19:   c9                      leave 
  1a:   c3                      ret   

0000001b

:
  1b:   8d 4c 24 04             lea    0x4(%esp),�x
  1f:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
  22:   ff 71 fc                pushl  0xfffffffc(�x)
  25:   55                      push   �p
  26:   89 e5                   mov    %esp,�p
  28:   51                      push   �x
  29:   83 ec 14                sub    $0x14,%esp
  2c:   c7 45 f4 01 00 00 00    movl   $0x1,0xfffffff4(�p)
  33:   8b 15 08 00 00 00       mov    0x8,�x
  39:   a1 04 00 00 00          mov    0x4,�x
  3e:   8d 04 02                lea    (�x,�x,1),�x
  41:   03 45 f4                add    0xfffffff4(�p),�x
  44:   03 45 f8                add    0xfffffff8(�p),�x
  47:   89 04 24                mov    �x,(%esp)
  4a:   e8 fc ff ff ff          call   4b
  4f:   8b 45 f4                mov    0xfffffff4(�p),�x
  52:   83 c4 14                add    $0x14,%esp
  55:   59                      pop    �x
  56:   5d                      pop    �p
  57:   8d 61 fc                lea    0xfffffffc(�x),%esp
  5a:   c3                      ret

 

   对照反汇编结果,函数func1中的第一个指令push   �p的十六进制即是第一个字节0x55,而最后一个字节c3,恰恰是main函数中的ret。

  

  b)摘出.data段,该段存储的是已经初始化的全局变量和静态局部变量

   Contents of section .data:

  0000 54000000 01000000 55000000           T.......U...      

(其实是分别是int global_init_var=84;static int global_static_var1=1;static int static_var=85;采用的字节序是LITTLE-ENDIAN,所以对于84,54在前,000000在后。)static int global_static_var0=0被优化到了.bss段预留空间,请参见“二,查看二进制文件段的信息”中对.bss段的描述。

 

  c)摘出.rodata段,该段存储的是只读数据,一般是const修饰的变量和字符串常量

   Contents of section .rodata:

  0000 25640a00                             %d..              这个便是printf中的"%d/n"然后加上/0组成字符串。

 

  d)摘出.comment段

  Contents of section .comment:

 0000 00474343 3a202847 4e552920 342e312e  .GCC: (GNU) 4.1.
 0010 32203230 30383037 30342028 52656420  2 20080704 (Red
 0020 48617420 342e312e 322d3434 2900      Hat 4.1.2-44).

 

四,其他可能存在的段

    其他可能存在的段有:

 

   .rodata1,与.rodata类似

   .comment 编译器版本信息

   .debug 调试信息

   .dynamic 动态链接信息

   .hash 符号哈希表

   .line 调试时的行号表,即源代码和编译后指令的对照表

   .note   额外编译器信息

   .strtab  String Table,字符串表

   .symtab Symbol Table,段名表

   .shstrtab Section String Table 段名表

   .plt .got 动态链接的跳转表和全局入口表

   .init .fini 程序初始化和终结代码段,与c++全局构造和析构有关。

 

   这些以.开头,是系统保留的,自己也可以定义,不能使用.开头,还有一些因为历史原因留下的段名,已经被废弃,如:.sbss、liblist、conflict等。另外,一个ELF中可以包含多个相同段名的段。

 

   自定义段:

    gcc提供了拓展机制。

    __attribute__((section("FOO") )) int global=32;

   __attribute__((section("BAR"))) void foo(){

   }

 

  这样,就将全局量或者函数放置到指定的自定义段中了。

 

   我们将一个二进制文件,比如图片、MP3放入一个目标文件的段,可以使用objcopy。比如image.jpg,大小0x82100字节。

   objcopy -I binary -o elf32-i386 -B i386 image.jpg image.o。结果请使用objdump -ht查看,其里边的符号代表图片的起始、终止地址和大小可以在程序中声明、使用。

 

五,ELF文件的头

    ELF文件中主要顺序包含了ELF Header、.text、.data、.bss、其他段、Section header table、String Tables、Symbol Tables等。

    ELF文件头中描述了整个文件的基本属性,比如版本、目标机器类型、程序入口地址。

 

   使用readelf查看ELF文件头,如下:

   readelf -h SimpleSection.o

 

  ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00
  Class:                             ELF32
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              REL (Relocatable file)
  Machine:                           Intel 80386
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x0
  Start of program headers:          0 (bytes into file)
  Start of section headers:          288 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               52 (bytes)
  Size of program headers:           0 (bytes)
  Number of program headers:         0
  Size of section headers:           40 (bytes)
  Number of section headers:         11
  Section header string table index: 8

 

 其内容有 ELF魔数、文件机器字长长度、字节序、版本、运行平台、ABI版本、文件类型、硬件机器类型、硬件机器版本、入口地址、程序头入口和长度、段表位置和长 度、段的数量等。ELF文件结构的头的结构定义在"/usr/include/elf.h",其有Elf32_Ehdr和Elf64_Ehdr两个版本。 两个版本的成员大小不一样。readelf结果与该结构体定义的字段类似,但有所不同。

 /usr/include/elf.h中的定义:

  typedef struct {

  unsigned char e_ident[EI_NIDENT];      
  Elf32_Half    e_type;                
  Elf32_Half    e_machine;             
  Elf32_Word    e_version;             
  Elf32_Addr    e_entry;               
  Elf32_Off     e_phoff;               
  Elf32_Off     e_shoff;               
  Elf32_Word    e_flags;               
  Elf32_Half    e_ehsize;              
  Elf32_Half    e_phentsize;           
  Elf32_Half    e_phnum;               
  Elf32_Half    e_shentsize;           
  Elf32_Half    e_shnum;               
  Elf32_Half    e_shstrndx;            
} Elf32_Ehdr;

e_ident对应的是:

   Class:                             ELF32

  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0

 

  上述五个即Magic(魔数)。此处7f 45 4c 46 01 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00的前4个字节是固定的标识码,如果这四个字节不正确,则操作系统会拒绝加载。接下来的01表示32位,下一个是字节序,之后是ELF文件主版本一般是 1,后边一般是0,没意义,有的平台用以进行拓展。

 

e_type对应的是:

    Type:                              REL (Relocatable file)

 

  ET_REL,可重定位,一般为目标文件.o;

  ET_EXEC,可执行;

  ET_DYN,共享目标文件.so。

 

e_machine对应的是:

   Machine:                           Intel 80386

 

该ELF文件格式的支持的平台。这里就是说Intel 80386平台支持该ELF文件格式。

 

e_version对应的是:

     Version:                           0x1

 

e_entry对应的是:

      Entry point address:               0x0

操作系统在加载完可执行文件后,从该入口地址开始执行。可定位文件(目标文件是其一种)通常没有入口地址,所以为0。

 

e_phoff对应的是:

     Start of program headers:          0 (bytes into file)

 

e_shoff对应的是:

     Start of section headers:          288 (bytes into file)

段表在文件中的偏移。此处即从289开始是段表。

 

e_flags对应的是:

    Flags:                             0x0

表示ELF文件平台相关属性。

 

e_ehsize对应的是:

    Size of this header:               52 (bytes)

ELF文件头本身大小。

 

e_phentsize对应的是:

    Size of program headers:           0 (bytes)

 

e_phnum对应的是:

   Number of program headers:         0

 

e_shentsize对应的是:

   Size of section headers:           40 (bytes)

   段表描述符大小。一般为40。

 

e_shnum对应的是:

   Number of section headers:         11

   段表描述符数量,此处为11。

 

e_shstrndx对应的是:

   Section header string table index: 8

    段表字符串表所在段,在段表中的下标。

 

六,ELF文件的段表

    使用readelf -S 查看所有的段表结构:

    readelf -S SimpleSection.o

 

   There are 11 section headers, starting at offset 0x120:
Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        00000000 000034 00005b 00  AX  0   0  4
  [ 2] .rel.text         REL             00000000 000498 000028 08      9   1  4
  [ 3] .data             PROGBITS        00000000 000090 00000c 00  WA  0   0  4
  [ 4] .bss              NOBITS          00000000 00009c 00000c 00  WA  0   0  4
  [ 5] .rodata           PROGBITS        00000000 00009c 000004 00   A  0   0  1
  [ 6] .comment          PROGBITS        00000000 0000a0 00002e 00      0   0  1
  [ 7] .note.GNU-stack   PROGBITS        00000000 0000ce 000000 00      0   0  1
  [ 8] .shstrtab         STRTAB          00000000 0000ce 000051 00      0   0  1
  [ 9] .symtab           SYMTAB          00000000 0002d8 000120 10     10  13  4
  [10] .strtab           STRTAB          00000000 0003f8 00009e 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
  I (info), L (link order), G (group), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)

 实际上文件中包含11个段表描述符。

 

   段描述符的数据结构为:

typedef struct {

  Elf32_Word    sh_name;               
  Elf32_Word    sh_type;               
  Elf32_Word    sh_flags;              
  Elf32_Addr    sh_addr;               
  Elf32_Off     sh_offset;             
  Elf32_Word    sh_size;               
  Elf32_Word    sh_link;               
  Elf32_Word    sh_info;               

  Elf32_Word    sh_addralign;          

  Elf32_Word    sh_entsize;            

} Elf32_Shdr;

 

第一个段描述符是无效的,所以SimpleSection.o共有10个有效的段描述符。

段类型:

SHT_NULL 无效段

SHT_PROGBITS 程序段、代码段、数据段

SHT_SYMTAB 该段内容为符号表

SHT_STRTAB 该段为字符串表

SHT_RELA 该段为重定位表,包含重定位信息。

SHT_HASH该段为符号表的hash表

SHT_DYNAMIC该段为动态链接信息

SHT_NOTE该段是提示性信息

SHT_NOBITS该段在文件中没有内容,如.bss

SHT_REL该段包含重定位信息

SHT_SHLIB  保留

SHT_DNYSYM动态链接符号表

 

段标识位:

SHF_WRITE 该段在进程中可写

SHF_ALLOC  该段在进程中要分配空间

SHF_EXECINSTR 该段在进程中可执行

 

段的链接信息:

只有类型是链接相关的时候,sh_link和sh_info才有意义,如下表对应意义:

类型                            sh_link                                                  sh_info

SHT_DYNAMIC           该段所使用的字符串表在段表中的下标          0

SHT_HASH                该段所使用的符号表在段表中的下标            0

SHT_REL                     该段使用的相应符号表在段表的下标          该重定位表所作用的段在段表中的下表
SHT_RELA                    该段使用的相应符号表在段表的下标          该重定位表所作用的段在段表中的下表
SHT_SYMTAB                操作系统相关                                        操作系统相关
SHT_DYNSYM               操作系统相关                                         操作系统相关
other                            SHN_UNDEF                                        0

 

七,重定位表

    需要重定位的代码段或数据段,即对绝对地址引用的位置需要重定位。比如这里的printf,就是绝对地址的引用。所以需要对.text段进行重定位,所以使用了段.rel.text。

  

八,字符串表

      段名、变量名等都是字符串。引用字符串仅需给出该字符串在字符串的字符表格中的开始的下标。字符串表用以存储普通字符串(.strtab),而段名等段表 中用到的字符串存储于段表字符串(Section Header String Table,.shstab)。

     由于文件头信息中的e_shstrndx是段表字符串表在段表中的下表,所以使用ELF文件头,可以得到段表和段表字符串表的位置,进而解析整个ELF文件。

 

九,符号表

    链接是基于符号表进行的。符号表中记录了目标文件用到的所有符号,包括:

 

   定义在本目标文件中的全局符号。例如main、func1。

   在本目标文件中引用的全局符号,即外部符号或符号引用,例如printf。

   段名,编译器产生,值就是段的起始位置。例如.text,.data。

   局部符号,如static_var和static_var2,编译单元内部可见。调试器使用这些符号以分析程序和形成转储文件。对于链接没有用处。

   行号信息,目标文件指令和源代码行的对应关系,也是可选的。

 

   对于链接过程,第一类和第二类是重要的。

 

  使用readelf、objdump、nm查看符号:

    例如使用nm,

    [root@swtich1 mylinuxc]# nm SimpleSection.o

00000000 T func1
00000000 D global_init_var
00000008 b global_static_var
00000000 b global_static_var0
00000004 d global_static_var1
00000004 C global_uninit_var
0000001b T main
         U printf
00000008 d static_var.1292
00000004 b static_var2.1293

 

 ELF符号表的项的数据结构如下:

 typedef struct

{
  Elf32_Word    st_name;               
  Elf32_Addr    st_value;              
  Elf32_Word    st_size;               
  unsigned char st_info;               
  unsigned char st_other;              
  Elf32_Section st_shndx;              
} Elf32_Sym;

 

符号绑定信息:

    STB_LOCAL            局部符号,外部不可见

   STB_GLOBAL          全局符号,外部可见
   STB_WEAK             弱符号

 

符号类型:

   STT_NOTYPE          未知

  STT_OBJECT           数据对象

  STT_FUNC              函数、可执行代码

 STT_SECTION         段的符号,同时必须是STB_LOCAL的

 STT_FILE                文件名。一般是源文件名。一定是STB_LOCAL的,并且st_shndx==SHN_ABS。

 符号所在段:

 SHN_ABS    该符号包含一个绝对的值,比如文件名

SHN_COMMON 该符号是一个COMMON块类型的符号。比如未初始化的全局符号,SimpleSection.o中的global_uninit_var。

SHN_UNDEF      符号未定义,在目标文件中引用到,但是定义在其他目标文件。

 符号的值:

   符号不是COMMON块,且被定义在目标文件: 则值是符号在段中的偏移,段由st_shndx指定。

  符号是COMMON块,在目标文件,则st_value表示符号的对其属性。

                              可执行文件中,st_value是符号的虚拟地址。

  

使用readelf -s SimpleSection.o查看:

 readelf -s SimpleSection.o


Symbol table '.symtab' contains 18 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS SimpleSection.c
     2: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1
     3: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3
     4: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4
     5: 00000004     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 global_static_var1
     6: 00000000     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    4 global_static_var0
     7: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5
     8: 00000004     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    4 static_var2.1293
     9: 00000008     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 static_var.1292
    10: 00000008     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    4 global_static_var
    11: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7
    12: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6
    13: 00000000     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 global_init_var
    14: 00000000    27 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 func1
    15: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND printf
    16: 0000001b    64 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
    17: 00000004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM global_uninit_var

 

对于类型为STT_SECTION的符号,它们的符号名没有显示,因为符号名就是段名,可以通过Ndx这个下表去看段的名字以得知。使用objdump -t可以清楚看到段名符号。

 特殊符号:

 使用ld链接时,它会为我们定义很多特殊符号,虽然这些符号没有在你的代码中定义,但是你可以直接声明、引用它们。这些符号在ld链接脚本中定义。ld会在链接形成可执行文件的时候将它们解析成正确值。例如:

   __executable_start 程序开始地址,不是入口地址。

  __etext/_etext/etext 代码段结束地址

  _edata/edata 数据段结束地址

  _end/end 程序结束地址

 以上都是进程虚拟地址。

  

符号修饰与函数签名:

   现在,对于c语言,gcc Linux下默认不会加前缀,可以通过编译参数进行控制。

  Windows下的Visual C++则对c语言源代码所有全局量和函数编译后在符号名前加上前缀"_"。

 

  C++符号修饰:

    C++拥有类、继承、虚函数、重载、名称空间等特性。编译器、链接器使用符号修饰来区分函数、变量。

     gcc编译器对C++函数、全局变量、静态变量:

       1)所有符号以“_Z”开头

      2)对于在名字空间或者类内的名字,首先是加上N,然后应该跟名字空间名字,然后是类的名字,之后是该符号名字、最后加上E。

          但是这些名字前都会加上名字的长度。

      3)对于函数,之后是参数的首字母

      例如:N::C::func(int)----------> _ZN1N1C4funcEi。

              foo空间中的bar------>_ZN3foo3braE。可见,变量类型信息并没有在符号修饰中。

        名字修饰也用以防止静态变量的冲突:例如main中的foo,和func()中的foo分别为_ZZ4mainE3foo和_ZZ4funcvE3foo。

  

   使用“c++filt”工具可以用来解析被修饰过的名称。

例如:

$ c++filt _ZN1N1C4funcEi
N::C::func(int)

 

  不同编译器产生的是不同的。在Visual C++下,使用UnDecoreateSymbolName() API可以对修饰后的名称转化成函数。 

  这是导致不同编译器产生的目标文件不能互相编译的主要原因之一。

 

 extern “C”{} 可以使得其中的代码当作C代码处理,这样就没有了C++的名字修饰。

 

 很多时候,在C++代码中使用C的头文件,这样,编译器会将包含的头文件中的函数进行修饰,链接器无法链接指定的c库。因此,对于使用C库中的函 数的c++代码,应该用extern对函数进行修饰。C++编译器会默认定义C++的宏__cplusplus,使用判断该宏是否定义的方法可以知道当前 编译的是C++的代码还是C语言的代码,如果判断出是C++代码,则对于使用C函数的代码,应该使用extern处理。

  

十,弱符号和强符号

     符号重复定义的错误在写程序中经常遇到。多个目标文件有相同名字的全局符号的定义,就会出现上述错误。

    这种符号定义成为强符号。

    对于C/C++语言,编译器默认初始化的全局变量为强符号,未初始化的全局变量为弱符号。可以使用GCC的__attribute__((weak))指 定任何强符号为弱符号。强弱符号都是针对定义,而不是引用说的。因此 extern int ext,这个符号不是强符号,也不是弱符号,因为它是外部符号的引用。链接器对于多次定义的全局符号,针对强弱如此处理:

    1)不允许强符号多次定义

    2)一个符号在一个目标文件中是强符号,其他文件中都是弱符号,则选择强符号

    3)所有目标文件中是弱符号,则选择其中占用空间大的使用,当然这样多种不同类型弱符号容易导致难以发现的程序错误。

 

十一,弱引用和强引用

     如果对外部符号的引用,在链接时,找不到定义则会报错,称为强引用。否则如果符号没有定义,链接器不报错,称为弱引用。链接器只是对于弱引用的符号,在没 有决议情况下不认为是个错误。这种引用链接器会默认其为0或者某个特殊值。弱符号与链接器的COMMON块概念紧密相连。

   使用GCC中的__attribute__((weakref))拓展关键字来声明一个外部函数的引用为弱引用。

   例如 __attribute__((weakref))  void foo();

  int main() {

  foo();

}

 

编译链接不报错,但是运行的时候,发生错误。因为foo的地址为0.发生非法地址访问。改进方法为:

 __attribute__((weakref))  void foo();

  int main() {

  if (foo) foo();

}

 

这样编译链接执行都不会有错了。

  

强弱引用对应库很重要,自定义版本的库函数可以通过强符号,覆盖掉通用库中的弱符号。或者程序对于拓展功能使用弱引用,这样,拓展模块去掉,程序可以正常链接。

 

   Linux中,一个程序可以判断支持的多线程还是单线程模式,即链接的是单线程还是多线程Glibc(编译时是否有-Ipthread选项),从而执行单线程版本或者多线程版本。

   例如:我们可以定义一个pthread_create函数的弱引用,因为如果链接的是多线程版本,则pthread_create值不会是0了,而单线程 则导致该弱符号依然是未决议的默认值:0。这样可以在函数运行时判断是否链接到pthread库来决定执行单线程版本还是多线程版本。

 

十一,调试信息的去除

   使用strip可以去除调试信息:

   strip SimpleSection.o

  

十二,ELF文件概貌

 

  参见本文中的图片


原文地址:http://blog.sina.com.cn/s/blog_7a2fc53a0100y54h.html


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