一、目標文件的格式

Linux：ELF（Executable Linkable Format）
Windows：PE（Portable Executable）

COFF格式：PE和ELF都是源自COFF格式，Unix最早是a.out文件格式，為瞭解決共用庫問題，引入了COFF格式。

• 引入了段的機制，不同目標文件可以擁有不同數量的段和類型
• 定義了調試數據格式

二、目標文件是什麼？

目標文件就是與那代碼編譯後但未能鏈接的那些中間文件。（Linux中的.o，Windows中的.obj）

4種ELF文件

三、Linux中的目標文件

目標文件是經過了預處理、編譯、彙編產生的ELF格式的文件。目標文件將代碼、數據以及一些連接時需要的信息，通過 “節”或 “段” 存儲。
分段的原因：

• 數據和指令映射到兩個虛存空間，這兩個空間的許可權不同，可以防止程式指令被改寫。
• 現代CPU緩存一般被設計成數據緩存和指令緩存分離，分段有利於提高程式的局部性。
• 程式中如果運行著許多副本，記憶體中只需要保存一份程式的指令部分。

主要分為兩種段，代碼段（.text）和數據段（.data，.bss）

示例代碼

#include<stdio.h>
int data1;		//.bss
int data2 = 0;		//.bss
int data3 = 10;		//.data

static int data4;		//.bss
static int data5 = 0;	//.bss
static int data6 = 20;		//.data

int main()			//.text
{
    int a;			//.text
    int b = 0;			//.text
    int c = 10;			//.text

    static int data7;		//.bss
    static int data8 = 0;	//.bss
    static int data9 = 40;	//.data

    return 0;
}

四、深入 .o文件

編譯：gcc -c main.c
查看文件解構：objdump -h main.o

Size：段的長度
File off：段的位置

4.1 代碼段

objdump -s -d main.o

4.2 數據段

objdump -x -s -d main.o

可以清楚的發現，.data段中的前4個位元組，從低到高為"0x0a 0x00 0x00 0x00 "這個值剛好是data3的值，10進位的10。

4.3 BSS段

objdump -x -s -d main.o

在之前的段表之中發現，.bss和.comment段的起始地址都是一樣的。有些編譯器會將全局的未初始化的變數放在.bss中，有些只是預留一個未定義的全局變數符號，等到鏈接的時候再在.bss段中分配空間。
可以在段表中發現，一些變數並未在.bss段中。

4.4 其他段

問題：將一個二進位文件作為目標文件的一個段？

4.5 自定義段

//變數:
__attribute__((section("FUN"))) int x = 10;
//函數：
__attribute__((section("BAR"))) void fun()
{

}

五、ELF文件

ELF目標文件格式：

• ELF文件頭：包含著整個文件的基本屬性，ELF文件版本、目標機器型號、程式入口地址。
• 各個段
• 段表：所有段的基本信息，段名、長度、偏移量、讀寫許可權等
• 字元表和符號表
  ...

5.1 文件頭

查看文件頭：readlef -h main.o 

文件頭格式：

魔數：
文件頭的結構和相關常數被定義在“/usr/include/elf.h”中，ELF文件有32為版本和64位版本，區別僅僅是成員大小不一樣。

文件類型：
e_type類型表示ELF的文件類型，通常以ET_開頭

機器類型：
e_machine
通常以EM_開頭

"elf.h"定義了自己的類型：

通過Elf32_Ehdr觀察文件頭的結構和之前有些相似：

將ELF文件頭結構與之前輸出的一一對應：

5.2 段表

readelf -S main.o

顯示ELF的主要段以及其他府逐段，如符號表、字元串表、段名字元串表、重定位表

段表的結構由"Elf32_Shdr"這個結構體數組保存，稱為段描述符。
ELF段表數組的第一個元素是無效的段描述符，類型是"NULL"，也就是有效段的數量是顯示段-1。

這是其中每個段的含義

5.3 重定位表

鏈接器在處理目標文件的時候，需要對目標文件中某些部位進行重定位，即代碼段和數據段中隊絕對地址引用的位置。
重定位表的類型是"SHT_REL"。對於每一個需要重定位的代碼段和數據段，都會有一個重定位表。
如：.rel.text就是.text的重定位表，因為.text至少有一個絕對地址的引用，就是調用了printf函數。

5.4 字元串表

段名為：.strtab或者.shastrtab
用來保存普通字元串或者用來保存段表中用到的字元串。

六、強符號和弱符號

6.1 強符號和弱符號

強符號：編譯器預設函數和初始化的全局變數
弱符號：未初始化的全局變數
註意：強弱符號都是對定義來說的，不是針對符號的引用的

extern int ext;

int weak1;
int strong = 1;
__attribute__((weak)) weak2 = 2;

int main()
{
	return 0;
}

weak1 和 weak2 都是弱符號
strong 和 main 都是強符號
ext既不是強符號也不是弱符號，因為它是一個外部變數引用。

強弱符號也有如下規則：

• 不允許被多次定義（目標文件中不允許有同名的強符號）
• 一個符號在某目標文件中是強符號，在另一個文件中是弱符號，那麼選擇強符號。
• 一個符號在目標文件中都是弱符號，那麼選擇占用空間最大的那一個。

6.2 弱引用和強引用

強引用：沒有找到符號的定義，鏈接器就會報符號未定義的錯誤。

弱引用：

• 如果沒有定義，則鏈接器不報錯；
• 如果該符號有定義，則鏈接器將該符號的引用決議；
• 對於未定義的弱引用，鏈接器不認為它是一個錯誤，一般未定義的弱引用，鏈接器預設是0，或者是一個特殊的值，以便程式代碼能夠識別。

__attribute__((weakref))void fun();

int main()
{
	fun();
	return 0;
}

使用__attribute__((weakref))聲明為弱引用。
鏈接時並不會報錯，但是執行時會報錯。
因為fun函的地址為0，發生了訪址錯誤。

總結

什麼是目標文件，4種目標文件，Linux中的目標文件

ELF：

• 文件頭
• 段表
• 重定位表
• 字元串表
• 符號表
• 調試表

強符號和弱符號
強引用和弱引用