目标文件（.o）结构的简单了解

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      今天来了解一下在编译过程中所产生的的目标文件的具体结构。（Ubuntu-20.04 64位虚拟机）

      采用的源文件 SimpleSection.c 为：

int printf(const char* format,...);

int global_init_var = 84;
int global_uninit_var;

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;
}

      采用命令： gcc -c SimpleSection.c 编译之后得到目标文件 SimpleSection.o 。下面就在这个目标文件上来分析。

SimpleSection.o 的结构

       使用 binutils 的工具 objdump 来查看目标文件的结构，运行命令：objdump -h SimpleSection.o 将目标文件各个段的基本信息打印出来：

       关于段的几个重要属性：Size 表示段的长度，File off 表示段的位置，每个段的第2行中的 “CONTENTS” 表示该段在文件中存在。在 bss 段中没有 “CONTENTS” ，表示该段在目标文件中不存在。.note.GNU-stack 堆栈段的长度为0，在这里忽略掉它，认为它也不存在。

       用 size 命令可以查看 ELF 文件的代码段、数据段和 bss 段的长度（dec 表示3个段长度的和的十进制，hex表示长度和的十六进制） 如下图。

      为什么 size 和 objdump 查看目标文件的 .text 段的大小不一样呢？
      因为size默认是运行在"Berkeley compatibility mode"下。在这种模式下，会将不可执行的拥有"ALLOC"属性的只读段归到.text段下，很典型的就是.rodata段。而在我们这个例子中，使用 size 命令得到的 text 段长度 = .text + .rodata + .note.gnu.property + .eh_frame 。如果你使用"size -A obj.o"，那么size会运行在"System V compatibility mode"，此时，用objdump -h和size显示的.text段大小就差不多了，如下图。

代码段 .text

      程序源代码编译之后的机器指令经常被放在代码段中。通过使用 -s -d 参数的 objdump 命令将所有段以十六进制的形式打印出来（-s），并将所有包含指令的段反汇编（-d）。如下：

      以及反汇编之后的代码段内容：

      Contents of section .text 就是将 .text 的数据以十六进制方式打印出来，总共 0x5f 字节，与前面我们得到的 .text 段长度相符合，最左边一列表示偏移量，中间四列为十六进制内容，最右边一列是 .text 的ASDII 码形式。对照下面的反汇编结果，可以得到，.text 段中包含的正是SimpleSection.c 中两个函数 func1() 和 main() 的指令。其中 func1() 函数在前，main() 在后。

数据段 .data和只读数据段 .rodata

      .data 段保存的是那些已经初始化了的全局静态变量和局部静态变量。在我们这个例子 SimpleSection.c 中，global_init_var 和 static_var 是已经初始化过的，每个变量 4 个字节，一共 8 个字节被存储到 .data 段中。在这里采用小端法来存储，.data 段中前四个字节为 5400 0000 ，转换为十进制为 84；后四个字节为 5500 0000 ，转换为十进制为 85。分别与这两个变量的值一一对应。

      .rodata 段中存放的是只读数据，一般是程序中的只读变量（如 const 修饰的变量）和字符串常量。在 SimpleSection.c 中调用 printf 时，用到了一个字符串常量 “%d\n”，它是一种只读数据，被存储到 .rodata 段中。.rodata 段中的四个字节 2564 0a00 分别对应的是字符 ‘%’、‘d’、’\n’ 和 ‘\0’ 。

      有时候编译器也会将字符串常量放在 .data 段中。

.bss段

      .bss 段中存放的是未初始化的全局变量和局部静态变量，在上述代码中，global_uninit_var 和 static_var2 是未被初始化过的，它们被存放在 .bss 段中，更准确的来讲，是在 .bss 段为它们预留空间。可以认为未初始化过的变量值为0，而存储 0 是没有必要的。.bss 段没有实际内容，所以它在可执行文件中也不占据空间。

      上面得到的 .bss 段大小为 4 个字节，与变量 global_uninit_var 和 static_var2 的大小之和 8 个字节不符。实际上通过符号表（Symbol Table）能够看到，只有 static_var2 被放在了 .bss 段中，而 global_uninit_var 未被放在任何段，只是一个未定义的 “COMMON 符号”。这和不同的语言不同的编译器有关，有的编译器会将 全局未初始化变量 存放在目标文件 .bss 段中，有些则不存放，只是预留一个 未定义的全局变量符号，等到最终链接为可执行文件时再在 .bss 段中分配空间。原则上来讲，可以简单的认为全局未初始化变量被存放在 .bss 段中。但是未初始化的静态变量（编译单元内部可见）的确是存放在 .bss 段中的。

其他段

      .comment 段中存放的是编译器版本信息。.其余两个段 .note.gnu.property 和 .eh_frame 在此不做说明。