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可重定位目标文件_.symtab符号表

1 .symtab符号表

.symtab中记录的符号是从.s文件来的,所以.s这个汇编文件很关键。

1.1 .symtab所记录符号的种类

a.c

extern int a_va1 = 100;
static float a_va2 = 200.0;

static void a_fun2(void) 
{
    a_va2 += 100;
}

extern int a_fun1(int a)
{
    b_va1 = b_va1+100;
    b_fun1();
    a_fun2(); 
}

b.c

int b_va1 = 300;

int b_fun2(void)
{
    ...
}

int main(void)
{
    fun1(100);
    a_va1 = a_va1 + 200;
}


extern:表示定义的函数和全局变量可以被其它模块引用,如果不写extern,默认就是extern,为了不麻烦,一般都不会明确的写extern。

static:表示定义的函数和全局变量,只能被本模块有效。


.symtab中所以记录的符号,严格说起来就两种:

(1)全局符号:某模块定义以后,除了自己外,其它所有模块也可以引用我们以a.o模块为例来讲。

    1)由a.o模块定义,可由其它模块引用的全局符号

        a_fun1:a.o定义,但是其它模块(b.o)可以引用

        a_va1:a.o定义,但是其它模块(b.o)可以引用

    2)由a.o模块引用,但是由其它模块定义的全局符号

        b_fun1:a.o引用,但是由b.o定义

        b_va1:a.o引用,但是由b.o定义

(2)本地符号:模块自己定义,而且只能由自己引用的符号

    a.o的a_fun2和a_va2,由于加了static修饰,表示符号只在模块内有效,所以a_fun2和a_va2属于典型的由本模块定义、而且只能由本模块引用的本地符号。


旁注:有关static

在写c代码时,对于那些只在本模块定义和引用的函数与全局变量来说,我们要养成使用static的好习惯,这样子符号就是只在本模块有效的本地符号。

如果不写static的话,会带来命名冲突、错误调用等等一些列可能的不良后果,特别是对于大型c工程文件来说,出现这类不良后果的概率非常高。


1.2 .symtab是如何记录符号信息的

.symtab符号表包含很多条目,每个条目记录的就是一个符号的基本信息。

(1)每个条目所包含的符号基本信息有哪些呢?

    int name; 

    int value;

    int size;

    char type;

    char bind;

    char section;

信息含义:

1)name

name中记录的并不是名字的字符串,我们前面说过所有的字符串都是放在了.strtab中,

name里面只记录字符串在.strtab中的偏移,通过这个偏移就能在.strtab中索引到符号的名字。

比如

name = 5 //偏移5

假如.strtab中的内容为main\0fun2\0a_va\0......

使用偏移5到.strtab中进行搜索,当遇到\0时就截止,那么取出来的就是符号fun2。

2)value

放的是地址:指向符号所代表的空间。

比如:

(a)如果符号是初始化了的全局变量

int a = 100;//全局变量
int main(void)
{

}

初始化了的全局变量,它的空间在.data节中,那么value中放的就是这个空间的起始地址。

通过value中的地址值,就可以找到符号对应的空间,这对于后续的“链接”操作来说很重要。

(b)如果符号是函数的话

比如:

int fun()
{

}

fun函数指令存放在了.text节中,value中放的就是fun函数在.text节中的起始地址,其实就是函数第一条指令的地址。

(c)需要强调的地方

    不过对于.o(可重定位目标文件)和可执行目标文件来说,value的值有所不同。

· 可重定位目标文件

    value总中放的只是相对于节起始地址的偏移。

· 可执行目标文件

    value中放的是绝对地址。

“可重定位目标文件”被连接在一起后,value中放的就是链接时重定位后的绝对地址。

3)size

size代表的是value所指向空间的大小,毕竟value只是起始地址,不能说明空间的大小。

比如:

(a)如果符号是初始化了的全局变量的话

    size代表的全局变量在.data中所占字节数。

(b)如果符号是函数的话

    size代表的是函数指令在.text中所占空间的大小

4)type

符号类型,有如下几种类型。

(a)FUNC:符号代表的是函数

(b)OBJECT:符号代表的是全局变量

(c)FILE:符号是源文件的名字

5)bind

就两种情况,LCOAL、GLOBAL

(a)bind=LOCAL

    表示符号是本地的:符号在模块中定义后,只能由本模块引用,static修饰的全局变量和函数就是这种情况。

比如:

a.o:

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

有关static、extern等关键字,后面章节会还会详细讲,不过如果你能在这里就先理解他,后面章节再讲到时,你会有一种完全不一样的感觉。

(b)bind=CLOBAL(全局符号)

表示符号在本模块定义,但是可以被其它模块引用(使用),extern修饰的全局变量和函数就是这种情况。

比如:

a.o:

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

定义a和fun时没有显式的写出extern,那么默认就是extern的,为了不麻烦,一般不会显式写出。

6)section

section的值有四种情况,节索引号、ABS、UNDEF、COM

(a)section=节索引号

说明符号所对应的空间在哪个节里面。

比如,

· 如果section == 1

    符号代表的空间在.text节,说明符号代表的是函数,因为只有函数指令才会保存在.text中。

· 如果section == 3

    符号代表的空间在.data中,说明符号是初始化了的全局变量,因为只有初始化了的全局变量才会在.data节。

(b)section=ABS

表示该符号不需要被“链接程序”处理。

比如,如果符号名是***.c,这个符号不是全局变量、不是函数,只是一个源文件名而已,链接器(ld/collect2)在链接“可重定位目标文件”时,这个符号不需要被处理。

(c)section=UNDEF

表示这个符号,只是在本模块中被引用了,这个符号并不是由本模块定义的,在本某块找不到定义,所以这个符号的section就被标注为了UNDEF,表示这个符号被定义在了其它模块中,链接时要到其它模块中去找搜寻它的定义。

其它模块:

    · 其它自己写的.c所对应的.o

    · 静态库

    · 动态库

如果是链接时,在其它目标文件中还找不到该符号的定义的话,链接程序就会报错,提示找不到这个符号。

出错的原因有两种:

· 你忘了链接所需的目标文件

    比如gcc a.o b.o,结果写成gcc a.o,少了一个,肯定会找不到。

· 符号名压根就写错了,不可能找得到

(d)section=COM

表示是还未被分配空间(位置)的未初始化的数据目标,比如未初始化的全局变量。

int a;
int main(void)
{
    ...
}

未被初始化的全局变量都放在.bss中的,但是前面就说过,由于没有数据,所以.bss没有实际空间,只有当程序运行时才有实际.bss节的空间。


1.2 查看目标文件的.symtab符号表信息

目标文件三种:

    可重定位目标文件

    可执行目标文件

    共享目标文件

这几类目标文件的.symtab符号表都可以被查看,目前我们这里只查看.o可重定位目标文件的符号表,查看程序(命令)依然是readelf。

readelf -h:查看ELF头中的信息

readelf -s:查看.symtab符号表

比如:helloworld.c  ——————> helloworld.o,查看helloworld.o的.symtab

helloworld.c

unsigned long a = 100;
static int b = 100;
int c;
int main(void)
{
    time(&a);
    printf("hello world\n");
    return 0;
}

演示:readelf -s helloworld.o

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
 0: 0000000000000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT   UND 
 1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS helloworld.c
 2: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1 
 3: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3 
 4: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4 
 5: 0000000000000008     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 b
 6: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5 
 7: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7 
 8: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    8 
 9: 0000000000000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6 
10: 0000000000000000     8 OBJECT  GLOBAL DEFAULT    3 a
11: 0000000000000004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM c
12: 0000000000000000    31 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main
13: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND time
14: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts

回顾.symtab中每个条目(符号)的基本信息

    int name; 

    int value;

    int size;

    char type;

    char bind;

    char section;

(1)举例分析

1)符号main

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
12: 0000000000000000    31 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 main

(a)符号名:main

(b)类型:函数

(c)本地符号/全局符号:全局

    被extern修饰的全局变量和函数,都会被标记为GLOBAL

(d)符号对应空间所在位置

    · 所在节:函数指令存在了编号为1的.text节

    · 节中位置:偏移为0,表示main指令从.text第一个字节处开始存放

    · 大小:从.text的第一个字节往后,占31字节

符号对应的空间有明确的定义位置(.text),表明符号是在本模块定义的。

2)符号time

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
13: 0000000000000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND time

(a)符号名:time

(b)类型:因为在本模块中找不到time的定义,所以不清楚符号的类型

(c)本地符号/全局符号:全局

    UDN表示符号只是在本模块引用,但是不在本模块定义(在其它模块定义),属于全局符号。

(d)符号对应空间所在位置

    UDN表示符号没有在本模块中定义,因此value/size都没有意义,所以都是0。

3)符号b

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
 5: 0000000000000008     4 OBJECT  LOCAL  DEFAULT    3 b

(a)符号名:b

(b)类型:全局变量(静态变量)

(c)本地符号/全局符号:本地的

    被static修饰的全局变量和函数,都会被标记为LOCAL本地符号

(d)符号对应空间所在位置

    · 所在节:第3节.data,放在了.data中,说明是初始化了的

    · 节中位置:.data节的第8个字节处(偏移)

    · 大小:4个字节(int类型,肯定是4个字节)

符号对应空间有明确的定义位置,表明符号是在本模块中定义的。

4)符号c

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
11: 0000000000000004     4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT  COM c

(a)符号名:c

(b)类型:(静态变量(全局变量))

    COM表示未初始化,未被初始化在.bss节中,不过.bss也是空的。

(c)本地符号/全局符号:全局的

(d)符号对应空间所在位置

    · 所在节:未分配空间的都在.bss节,也就是第4节,这不过第4节在编译阶段其实并不存在

    · 节中位置:.bss的第4字节处,这只是理论上的,因为在.o中还没有.bss的实际空间

    · 大小:4个字节

符号对应空间有明确的定义位置,表明符号是在本模块定义的

5)符号helloworld.c

 Num:      Value        Size Type   Bind   Vis      Ndx(section) Name
1: 0000000000000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS helloworld.c

ABS表示这个符号并不需要链接处理。

FILE表示这个符号是源文件名。

LOCAL表示这个符号时本地符号

对于源文件名来说,并没有对应的空间,所以value/size没有意义,所以值为0。

5)其它哪些没有符号名的是什么情况

专门给链接器链接时使用的本地符号。




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