1.1.1 从源文件到可执行文件：预处理、编译、汇编、链接#

当编写一个 C 程序时，最终目标是生成一个可执行文件，它包含多个步骤

1. 预处理 （Preprocessing）

   处理源代码中的宏定义、头文件等指令，生成 .i 后缀的文件，这个阶段输出的知识文本文件

2. 编译（Compilation）

   将预处理后的文件转为汇编语言（.s 文件）

   这时候的文件已经是平台相关的汇编指令，但还没有被转换为机器码

3. 汇编（Assembly）

   汇编阶段会将 .s 文件转化为机器码生成的可重定位文件（.o 文件）

   这个目标文件是一个二进制文件，但不能直接运行，它包含了一些程序的代码和一些未解决的符号

4. 链接（Linking）

   链接阶段将多个目标文件（.o 文件）和必要的库文件（如静态库 .a 或动态库 .so）链接成一个完整的可执行文件。链接器会解决符号引用（如函数和变量的引用），并将它们重新映射到内存中的具体地址。最终输出的是一个可执行文件（如 a.out 或其他指定的名称）

1.1.2 可执行和可链接格式（Executable and Linkable Format，ELF）#

三类目标文件：

1. 可重定位目标文件（.o）
2. 可执行的目标文件（a.out）
3. 共享目标目标文件（.so）

一个ELF文件通常包含以下几个部分：

1. ELF Header：包含文件的基本信息，如文件类型，机器架构，版本等

   

2. Section Header Table：记录了每个Section的起始偏移、大小信息、利用该信息可构建Section区域

3. Section：实际的代码和数据存储位置

常见的Section

1. .text：存放程序的机器代码，所有函数的指令都会放在这个节中
2. .data：已初始化的全局变量和静态变量，它们的数据在启动时就已经存在
3. .bss：未初始化（或初始化为 0 ）的全局变量和静态变量，有Section Header但不在Section占空间
4. .rodata：存放只读数据，例如 printf() 中输出的字符串、跳转表等
5. .symtab：函数和全局变量名
6. rel.text：可重定位代码
7. rel.data：可重定位数据
8. debug：调试
9. line：源代码行号和机器指令之间的映射
10. strtab：一个字符串表，程序中用到的符号的名字

1.1.3 符号表和符号类型#

每个**.o文件中都有一个符号表（.symtab**），包含文件定义和引用的符号信息

1
/** foo3.c **/
2
#include <stdio.h>
3
 void f();
4
 int x=15213;
5
 int main(){
6
   f();
7
   printf(“x=%d\n”,x)
8
   return 0;
9
 }

1
int x ;
2

3
void f(){
4
  x = 15212 ;
5
}

1
/** foo4.c **/
2
#include <stdio.h>
3
 void f();
4
 int x;
5
 int main(){
6
   f();
7
   printf(“x=%d\n”,x)
8
   return 0;
9
 }

1
int x ;
2

3
void f(){
4
  x = 15212 ;
5
}

1
#include <stdio.h>
2
void f();
3

4
int x=15213, y=15212;
5

6
int main(){
7
  f();
8
  printf(“address of x and y are %p , %p\n”,&x,&y);
9
  printf(“x=0x%x y=0x%x \n”,x, y) ;
10
  return 0;
11
}

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double x ;
2

3
void f(){
4
  x = -0.0;
5
}

1.1.1 符号解析#

符号解析时，链接器按照命令行中的输入顺序扫描.o文件和.a文件

扫描过程中维护的3个集合

1. E：可重定位目标文件的集合（E中文件最终被合并为可执行文件）
2. U：未解析的符号的集合（引用但还没有定义的符号）
3. D：在之前的输入文件中已经定义的符号

扫描结束后，如果U为空，合并E 的文件得到可执行目标文件。否则，发出链接错误

命令行中输入文件的顺序很重要，准则是：将库文件放在末尾

1.1.1 重定位机制#

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struct Elf64_Rela {
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    offset   // 这个引用在.text里的偏移
3
    symbol   // 要引用的符号是哪个
4
    type     // 是PC相对还是绝对地址, 相对地址R_X86_64_PC32，绝对地址R_X86_64_PLT32/32
5
    addend   // 补偿偏移
6
}