gcc生成执行文件过程为:

1. 源文件(*.c文件)编译成对象文件(*.o文件);
2. 链接程序ld，把对象文件(*.o文件)链接成可执行程序。

因此要透彻链接的过程， 需要先了解对象文件(*.o文件)是怎样构成的？

下面用个简单的例子来说明:

#include<stdio.h>

int global_var=5;
extern int other_file_var;
int main()
{
    int a=1; 
    int b=a+other_file_var;
    return 0;
}

1. gcc -c test.c -o test.o 生成test.o;
2. 查看test.o内容(vim test.o):

图1

看到的是一堆乱码，因为查看方式不对， 就像mp3格式的文件需要用音乐*放播**器才能*放播**一样，对象文件(*.o)是 elf 格式的， 需要用objdump, readelf 工具来查看。

从 elf 格式的官方文档，可以了解到elf格式文件的结构如下图所示:

图2

下面将一个个部分来分析。

1. ELF文件头(Header)分析

readelf -h test.o 查看 elf 文件头部信息

图3

1. 主要字段的含义已在图中标识；
2. 由 Size of this headers 可知，头部占用了64字节;
3. 用 hexdump -n 64 test.o 查看头部64字节数据内容（16进制格式）;

图4

图中红框里的数据就是test.o文件的前64字节，也就是elf头部，对比上面两图，(图3)中的魔数7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 刚好与(图4)中的前16字节(小段编码)对应，后面每个字段的含义也是一一对应的。

4. 头部信息结构可以参考 /usr/include/elf.h 里 ELf64_Ehdr , 32位的可以参考 ELf32_Ehdr 结构

typedef struct
{
  unsigned char e_ident[EI_NIDENT];     /* Magic number and other info */
  Elf64_Half    e_type;                 /* Object file type */
  Elf64_Half    e_machine;              /* Architecture */
  Elf64_Word    e_version;              /* Object file version */
  Elf64_Addr    e_entry;                /* Entry point virtual address */
  Elf64_Off     e_phoff;                /* Program header table file offset */
  Elf64_Off     e_shoff;                /* Section header table file offset */
  Elf64_Word    e_flags;                /* Processor-specific flags */
  Elf64_Half    e_ehsize;               /* ELF header size in bytes */
  Elf64_Half    e_phentsize;            /* Program header table entry size */
  Elf64_Half    e_phnum;                /* Program header table entry count */
  Elf64_Half    e_shentsize;            /* Section header table entry size */
  Elf64_Half    e_shnum;                /* Section header table entry count */
  Elf64_Half    e_shstrndx;             /* Section header string table index */
} Elf64_Ehdr;

5. 由字段 Start Of Section Header 可知，在test.o文件的656字节处有一个"段的头部表"。

2. ELF段头部表(Section Header)分析

用 readelf -S test.o 查看"段的头部表"，在这个表里保存了文件里所有段的属性信息，如段的名字，段在文件的开始位置， 段的长度等:

图4

由图可知

2.1 text段

text段在偏离test.o文件开头0x40字节处，长度为0x20字节，用 hexdump -s 0x40 -n 0x20 test.o ，查看text段的16进制内容。

图5

然后objdump -d test.o 打印出程序的反汇编代码，

图6

由上面两图可知，text部分的数据恰好是main函数的机器码，也就是text段里保存的是代码段。

2.2 data段

data段在偏离test.o文件开头0x60字节处，长度为0x4字节，用 hexdump -s 0x60 -n 0x4 test.o ，查看data段的16进制内容，

图7

4个字节刚好是个int的长度，里面保存的数值是5，也就是全局变量global_var的值，验证了已初始化的全局变量保存在data段。

2.3 bss段

详细讲解见：融会贯通C与汇编，以汇编的视角庖丁解牛C语言：变量篇

2.4 .rela.text (text的重定位段)

main函数里的global_var定义在别的文件，后面链接需要根据别的文件来确定它的虚拟内存地址，由于text中有需要重定位的变量，所以就有了.rela.text段。readelf -r test.o

图8

图9

2.5 .symtab 符号表

图9

也就是说global_var这个符号在data段；（2）如果是“UND“则表示该符号定义在别的文件，需要重定位，重定位信息见“2.4 .rela.text”。

图10

站在C语言的肩膀上学汇编（1）：栈

站在C语言的肩膀上学汇编（2）：栈

站在C语言的肩膀上学汇编（3）：栈

融会贯通C与汇编，以汇编的视角庖丁解牛C语言：变量篇

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