a.out的文件结构

最新推荐文章于 2024-06-26 16:19:04 发布

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#汇编 #freebsd #exe #table #linux #编译器

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本文解析了程序编译和链接过程中的关键概念，包括.text、.data和.bss段的作用及区别，以及a.out文件结构等内容。通过实例对比了初始化与未初始化变量在编译过程中的不同处理方式。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

1.程序编译连接之后的位置分配

如果不指定编链后的文件名，linux会自动产生一个a.out的文件，大概是汇编输出的意思，实际上这是链接之后的输出，而不是汇编之后的输出，之所以这样是个历史遗留问题。

a.out文件除去魔术数字等东西，我们最关心的是程序中各个段的分配。一个程序文件一般会分成这样几个区域：

text，data，bss段

text指的是程序文本文件
data指的是所有的经过初始化后的全局变量和静态变量
bss段则是未经初始化的全局变量和静态变量，但是bss段不增加目标文件的大小，一般只是记录bss段的大小。

由const修饰的变量将存放于text文件之中。局部变量放在栈中。

例如
char a[100];
char b[100]= {100};

static int c;
static int d;
const int e = 5000;

void foo（）

{

static int tmp1；

static int tmp2 = 1；

char i；

}

int main()
{
int i;
printf("hello,world!/n");

。。。。。。
}

此程序中，a[100]，c，tmp1位于bss段，它们没有被初始化。
b[100]，d，tmp2 位于data段，因为他们是已经初始化后的全局变量；
e 和main函数位于text文件中，e是const修饰的变量。
i则位于栈中。

在linux环境下，size a.out就可以查看各个部分的大小

2.a.out的结构－来自freebsd文档

一个二进制可执行（或其他相关）文件包括以下7个部分（sections)

exec header: 放有用来被操作系统载入到内存和执行，以及被ld用来进行和其他文件合并的参数。这个部分是托管的。
text segment: 放置机器码和相关数据，在程序执行的时候被载入内存，并且只读
data segment: 放置已初始化数据，被载入到内存中可写位置
text relocations: 放置编译相关的一些数据，现在不太明白
data relocations: 跟text relocation字段差不多，只不过是针对data segment的。
symbol table: 保存了命名变量以及函数符号的记录；被编译器用来在二进制文件中交叉引用这些命名变量或者函数的地址
string table: 保存对应符号名称的字符串

3.bss段和.data段的区别

【例一】

用cl编译两个小程序如下：

程序1:

int ar[30000];
void main()
{
......
}

程序2:

int ar[300000] = {1, 2, 3, 4, 5, 6 };
void main()
{
......
}

发现程序2编译之后所得的.exe文件比程序1的要大得多。当下甚为不解，于是手工编译了一下，并使用了/FAs编译选项来查看了一下其各自的.asm，发现在程序1.asm中ar的定义如下：

_BSS SEGMENT
?ar@@3PAHA DD 0493e0H DUP (?) ; ar
_BSS ENDS

而在程序2.asm中，ar被定义为：

_DATA SEGMENT
     ?ar@@3PAHA DD 01H     ; ar
                DD 02H
                DD 03H
                ORG $+1199988
_DATA ENDS

区别很明显，一个位于.bss段，而另一个位于.data段，两者的区别在于：全局的未初始化变量存在于.bss段中，具体体现为一个占位符；全局的已初始化变量存于.data段中；而函数内的自动变量都在栈上分配空间。.bss是不占用.exe文件空间的，其内容由操作系统初始化（清零）；而.data却需要占用，其内容由程序初始化，因此造成了上述情况。

【例二】

编译如下程序（test.cpp）:
#include <stdio.h>

#define LEN 1002000

int inbss[LEN];
float fA;
int indata[LEN]={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
double dbB = 100.0;

const int cst = 100;

int main(void)
{
    int run[100] = {1,2,3,4,5,6,7,8,9};
    for(int i=0; i<LEN; ++i)
        printf("%d ", inbss[i]);
    return 0;
}

命令：cl /FA test.cpp 回车 (/FA:产生汇编代码)
产生的汇编代码(test.asm):
    TITLE    test.cpp
    .386P
include listing.inc
if @Version gt 510
.model FLAT
else
_TEXT    SEGMENT PARA USE32 PUBLIC 'CODE'
_TEXT    ENDS
_DATA    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'DATA'
_DATA    ENDS
CONST    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'CONST'
CONST    ENDS
_BSS    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'BSS'
_BSS    ENDS
_TLS    SEGMENT DWORD USE32 PUBLIC 'TLS'
_TLS    ENDS
FLAT    GROUP _DATA, CONST, _BSS
    ASSUME    CS: FLAT, DS: FLAT, SS: FLAT
endif
PUBLIC    ?inbss@@3PAHA                    ; inbss
PUBLIC    ?fA@@3MA                    ; fA
PUBLIC    ?indata@@3PAHA                    ; indata
PUBLIC    ?dbB@@3NA                    ; dbB
_BSS    SEGMENT
?inbss@@3PAHA DD 0f4a10H DUP (?)            ; inbss
?fA@@3MA DD    01H DUP (?)                ; fA
_BSS    ENDS
_DATA    SEGMENT
?indata@@3PAHA DD 01H                    ; indata
    DD    02H
    DD    03H
    DD    04H
    DD    05H
    DD    06H
    DD    07H
    DD    08H
    DD    09H
    ORG $+4007964
?dbB@@3NA DQ    04059000000000000r        ; 100    ; dbB
_DATA    ENDS
PUBLIC    _main
EXTRN    _printf:NEAR
_DATA    SEGMENT
$SG537    DB    '%d ', 00H
_DATA    ENDS
_TEXT    SEGMENT
_run$ = -400
_i$ = -404
_main    PROC NEAR
; File test.cpp
; Line 13
    push    ebp
    mov    ebp, esp
    sub    esp, 404                ; 00000194H
    push    edi
; Line 14
    mov    DWORD PTR _run$[ebp], 1
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+4], 2
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+8], 3
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+12], 4
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+16], 5
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+20], 6
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+24], 7
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+28], 8
    mov    DWORD PTR _run$[ebp+32], 9
    mov    ecx, 91                    ; 0000005bH
    xor    eax, eax
    lea    edi, DWORD PTR _run$[ebp+36]
    rep stosd
; Line 15
    mov    DWORD PTR _i$[ebp], 0
    jmp    SHORT $L534
$L535:
    mov    eax, DWORD PTR _i$[ebp]
    add    eax, 1
    mov    DWORD PTR _i$[ebp], eax
$L534:
    cmp    DWORD PTR _i$[ebp], 1002000        ; 000f4a10H
    jge    SHORT $L536
; Line 16
    mov    ecx, DWORD PTR _i$[ebp]
    mov    edx, DWORD PTR ?inbss@@3PAHA[ecx*4]
    push    edx
    push    OFFSET FLAT:$SG537
    call    _printf
    add    esp, 8
    jmp    SHORT $L535
$L536:
; Line 17
    xor    eax, eax
; Line 18
    pop    edi
    mov    esp, ebp
    pop    ebp
    ret    0
_main    ENDP
_TEXT    ENDS
END
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
通过汇编文件可以看到，数组inbss和indata位于不同的段（inbss位于bss段，而indata位于data段）
若把test.cpp中的indata数组拿掉，查看生成的exe文件的大小，可以发现，indata拿掉之后exe文件的大小小了很多。而若拿掉的是inbss数组，exe文件大小跟没拿掉时相差无几。