一、目标文件的格式

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，为了解决共享库问题，引入了COFF格式。

• 引入了段的机制，不同目标文件可以拥有不同数量的段和类型
• 定义了调试数据格式

二、目标文件是什么？

目标文件就是与那代码编译后但未能链接的那些中间文件。（Linux中的.o，Windows中的.obj）

4种ELF文件

三、Linux中的目标文件

目标文件是经过了预处理、编译、汇编产生的ELF格式的文件。目标文件将代码、数据以及一些连接时需要的信息，通过 “节”或 “段” 存储。
分段的原因：

• 数据和指令映射到两个虚存空间，这两个空间的权限不同，可以防止程序指令被改写。
• 现代CPU缓存一般被设计成数据缓存和指令缓存分离，分段有利于提高程序的局部性。
• 程序中如果运行着许多副本，内存中只需要保存一份程序的指令部分。

主要分为两种段，代码段（.text）和数据段（.data，.bss）

示例代码

#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

编译：gcc -c main.c
查看文件解构：objdump -h main.o

Size：段的长度
File off：段的位置

4.1 代码段

objdump -s -d main.o

4.2 数据段

objdump -x -s -d main.o

可以清楚的发现，.data段中的前4个字节，从低到高为"0x0a 0x00 0x00 0x00 "这个值刚好是data3的值，10进制的10。

4.3 BSS段

objdump -x -s -d main.o

在之前的段表之中发现，.bss和.comment段的起始地址都是一样的。有些编译器会将全局的未初始化的变量放在.bss中，有些只是预留一个未定义的全局变量符号，等到链接的时候再在.bss段中分配空间。
可以在段表中发现，一些变量并未在.bss段中。

4.4 其他段

问题：将一个二进制文件作为目标文件的一个段？

4.5 自定义段

attribute((section("段名"))) 类型 变量名 = 数值
attribute((section("FUN"))) int x = 10;

attribute((section("BAR"))) void fun()
{

}

五、ELF文件

ELF目标文件格式：

• ELF文件头：包含着整个文件的基本属性，ELF文件版本、目标机器型号、程序入口地址。
• 各个段
• 段表：所有段的基本信息，段名、长度、偏移量、读写权限等
• 字符表和符号表
  ...

5.1 文件头

查看文件头：readlef -h main.o 

文件头格式：

魔数：
文件头的结构和相关常数被定义在“/usr/include/elf.h”中，ELF文件有32为版本和64位版本，区别仅仅是成员大小不一样。

文件类型：
e_type类型表示ELF的文件类型，通常以ET_开头

机器类型：
e_machine
通常以EM_开头

"elf.h"定义了自己的类型：

通过Elf32_Ehdr观察文件头的结构和之前有些相似：

将ELF文件头结构与之前输出的一一对应：

5.2 段表

readelf -S main.o

显示ELF的主要段以及其他府逐段，如符号表、字符串表、段名字符串表、重定位表

段表的结构由"Elf32_Shdr"这个结构体数组保存，称为段描述符。
ELF段表数组的第一个元素是无效的段描述符，类型是"NULL"，也就是有效段的数量是显示段-1。

这是其中每个段的含义

5.3 重定位表

链接器在处理目标文件的时候，需要对目标文件中某些部位进行重定位，即代码段和数据段中队绝对地址引用的位置。
重定位表的类型是"SHT_REL"。对于每一个需要重定位的代码段和数据段，都会有一个重定位表。
如：.rel.text就是.text的重定位表，因为.text至少有一个绝对地址的引用，就是调用了printf函数。

5.4 字符串表

段名为：.strtab或者.shastrtab
用来保存普通字符串或者用来保存段表中用到的字符串。