.o / .a / .so 文件中到底有什么？

Question

我想知道编译 C++ 程序产生的 .o 或 .so 文件中究竟存储了什么。 This post 很好地概述了编译过程和其中的 .o 文件的功能，据我了解 this post ， .a 和 .so 文件只是多个 .o 文件合并为一个以静态 (.a) 或动态 (.so) 方式链接的文件。

但我想检查一下我是否正确理解了此类文件中存储的内容。编译如下代码后

void f();
void f2(int);

const int X = 25;

void g() {
  f();
  f2(X);
}

void h() {
  g();
}

我希望在 .o 文件中找到以下项目：

• g() 的机器代码，包含调用 f() 和 f2(int) 的一些占位符地址。
• h() 的机器代码，没有占位符
• X 的机器码，即数字 25
• 可以找到某种表格，指定文件中符号g()、h()和X的地址
• 另一个表指定了哪些占位符用于引用未定义符号 f() 和 f2(int)，在链接期间必须解决这些符号。

然后像nm 这样的程序会列出两个表中的所有符号名称。

我想编译器可以通过调用 f2(25) 来优化调用 f2(X)，但它仍然需要将符号 X 保留在 .o 文件中，因为无法知道它是否会被使用一个不同的 .o 文件。

这样说对吗？ .a 和 .so 文件是一样的吗？

感谢您的帮助！

Answer 1

您在问题中描述的内容（函数、初始化数据和重定位表的机器代码）几乎就是 .o（对象）和 .so（共享对象）文件中的内容。

.a（档案）基本上是多个 .o（对象）文件捆绑在一起，以便在链接期间更容易参考。 （“链接库”）

.so（共享对象）文件包含一些额外的元数据，例如需要链接的 other .so 文件。（xyz.so 可能会引用一些驻留在 abc.so 中的函数，并且abc.so 需要链接的信息，以及可选的找到 abc.so 的路径（RPATH），需要在 xyz.so 中编码。）

Windows .dll（动态链接库）文件基本上是具有不同名称的共享对象 (.so)。

免责声明：这大大简化了事情，但足够接近“真相 (tm)”，可以满足日常开发人员的需求。

Answer 2

您对目标文件的一般概念非常正确。在“指定文件中哪些地址的表”中，我会将“地址”替换为“偏移量”，但这只是措辞。

.a 文件只是档案（一种早于 tar 的旧格式，但做同样的事情）。你可以用 tar 文件替换 .a 文件，只要你教链接器解压缩它们并只链接其中包含的所有 .o 文件（或多或少，有一点逻辑不与目标文件链接存档不是必需的，但这只是一种优化）。

.so 文件不同。它们比目标文件更接近最终的二进制文件。一个解析了所有符号的 .so 文件至少在理论上可以作为程序运行。事实上，对于 PIE（位置无关的可执行文件），共享库和程序之间的区别（至少在理论上）只是标题中的几位。它们包含动态链接器如何加载库的指令（与普通程序或多或少相同的指令）和一个重定位表，其中包含告诉动态链接器如何解析外部符号的指令（同样，在程序中相同） .动态库（和程序）中所有未解析的符号都通过在动态链接时填充的间接表访问（程序启动或dlopen）。

如果我们对此进行大量简化，对象和共享库之间的区别在于，在共享库中做了更多的工作以不进行文本重定位（这不是严格必要和强制执行的，但这是一般的想法）。这意味着在目标文件中，汇编器只为链接器填充的地址生成占位符，对于共享库，地址填充有跳转表的地址，因此库的文本不需要更改，只有一个有限的跳转表。

顺便说一句。我说的是精灵。旧格式在程序和库之间存在更多差异。