剖析.o文件ELF组成

ELF文件结构组成

①总共13个节

②每个节都有一个编号。从ELF头开始编号，编号从0开始，编号的作用就是用来索引（找到）不同节的。

③每个.o的都是这样的结构。链接时要做的就是，将ELF格式的.o全部合成为一个完整的ELF格式可执行文件。

④.o中每个节的逻辑地址都是从0开始的

 

ELF头

ELF格式头放什内容？

放ELF格式所需要的一些基本信息，比如

①系统所规定的字的大小。64 OS：字大小是64bit　　32 OS：字大小是32bit

②字节顺序（字节序）　　用于说明系统是大端序的还是小端序的。

③其它

1）ELF格式头的大小
2）目标文件类型（可重定位目标文件、可执行目标文件、共享目标文件）
3）CPU架构：X86 或 X86_64、AMD_64
4）等等

使用readelf，查看“可重定位目标文件”的ELF头信息

readelf：读取目标文件的ELF格式信息的，跟-h选项的话，就是查看ELF格式头信息。

[root@localhost ~]# readelf -h test.o
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              REL (Relocatable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x0
  Start of program headers:          0 (bytes into file)
  Start of section headers:          664 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           0 (bytes)
  Number of program headers:         0
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         13
  Section header string table index: 12

.text

存放所有函数的机器指令，不过某些常量也会直接和指令一起存在.text当中。.text：也是只读节

eg:

int main(void)
{
    int a = 20;
    a = a + 100; //表达式中的100会直接和指令放在一起
}

.rodata

只读数据节，存放只读数据（放某些常量数据）。

eg:

int a = 100;
printf("%d", a);
                
char *p = "hello world";

格式字符串"%d"和"hello world"这两个字符串常量，都放在了.rodata中。

.data 

①初始化了全局变量

int a = 100; //初始化了的全局变量，a就是在.data节中
                    
int main(void)
{
    printf("%d\n", a);
}

②初始化了的静态局部变量

int main(void)
{
    static int b = 101;//已经初始化了的静态局部变量
                    
    printf("%d", a);
}

初始化了的静态局部变量的空间就开辟在.data中。

注意：如果没有static的话，b就是自动局部变量，b空间开辟于栈中。但是只有程序运行起来后才有栈这个东西，因此作为还处在编译阶段的.o来说，自动局部变量还不存在，或者说还只是以函数代码的形式存在于.text中。当程序运行起来有了栈之后，该函数的代码会在栈中开辟自动局部变量的空间，并将数据101存入开辟的空间。

.bss

①未初始化的全局变量

int a; //未初始化了的全局变量
                    
int main(void)
{
    printf("%d", a);
}

②未初始化的静态局部变量

int main(void)
{
    static int b;//未初始化的静态局部变量
                        
    printf("%d", a);
}    

由于没有初始化数据，所以其实不占用空间，因此在.o中，.bss只是一个占位符，只有当程序真正运行起来后，才会在内存上真正的开辟.bss的空间，并在.bss空间中开辟a和b的空间，并制自动初始化为0。所以在.o中，.bss只是一个理论上的存在。

.o为什么没有开辟.bss空间？

没有实际要存放的数据，开辟空间只是浪费空间。你要知道.o这个文件是存在我们的电脑硬盘上的，.o如果有.bss空间的话，.bss是要占硬盘空间的。

.symtab：符号表

参考：.symtab

symtab记录什么

每一个.o文件都有一个符号表，用于存放.o中所定义和引用的全局符号信息（函数和全局变量的符号信息）。

比如a.c
int a = 100;
                    
int fun(int a)
{
    ...
}
                    
extern int b; //定义在了b.c中
                    
int main(void)
{
    b = 10000;
                        
    fun2(1000); //fun2定义在了c.c中
}
                    
a.c -> a.o
b.c -> b.o
c.c -> c.o

a.o的.symtab符号表就记录如下符号的信息。

①a.o中定义的符号信息

a：a.o自己定义的全局变量符号
fun：a.o自己定义的函数符号
main：a.o自己定义的函数符号

②a.o中引用的符号信息

b：a.o引用的在b.o中定义的全局变量符号
fun2：a.o引用的在c.o中定义的fun2函数符号

注意：.symtab符号表并不记录符号的名字

.symtab记录符号的基本信息，符号是否有定义，符号对应的空间在哪个节中等，但是符号的名字本身并不存在符号表中。

.symtab符号表的意义

众多的.o之所以能被链接在一起，这张符号表所记录的信息功不可没。比如，a.o中引用的b和fun2，被定义在了b.o中，将a.o和b.o链接在一起时，必须查看各个.o中的.symtab表，才能将各自符号的定义和引用关联起来。

注意：符号表并不记录自动局部变量的符号。

int fun()
{
    int a = 100;
    ...
}

为什么不记录自动局部变量的符号？

自动局部变量是在程序运行起来有了栈以后才有的，在编译阶段fun函数的int a = 100，在fun函数中只是压栈和弹栈的代码。当程序运行起来有了栈后，当fun函数开始运行时，fun的压栈代码会开辟自动局部变量的空间，fun函数结束时会调用弹栈代码自动释放空间。但是如果是static修饰的静态局部变量的话，符号表中会记录符号，因为在编译阶段就会处理静态局部变量。

.rel.text

将多个.o链接到一起时，每个.o的.text会被整合为一个.text，整合.text时就必须依赖.rel.text所记录的一些有关.text中指令的位置信息。

.rel.data

将多个.o链接到一起时，每个.o的.data会被整合为一个.data，整合到一起时，就必须要依赖.rel.data所记录的一些有关.data的信息。

.debug

符号调试表，记录调试信息，编译时必须加-g选项，编译时才会在.debug节中加入调试信息。

.line 

存放代码行号，因为调试的时候往往需要显示源码的行号。只有gcc编译时加了-g选项后，才会加入行号信息。

.strtab

字符串表

.symtab、.debug所用到符号名字、每个节的节名字(比如.text等)、源文件名字(***.c)等，都存在.strtab中

比如：
.text\0.rodata\0......fun\0main\0

节头部表

描述目标文件中的每个节的某些相关信息