可执行和可链接格式（.elf）和对象（.o）文件之间的区别

Question

我正在查看关于 linux (man gcc) 的 gcc 手册中的 -c 选项 (gcc -c infile)，其中指出：

-c：编译或汇编源文件，但不链接。链接阶段根本没有完成。最终输出是每个源文件的目标文件的形式。
默认情况下，源文件的目标文件名是通过将后缀 .c、.i、.s 等替换为 .o。

更重要的是，在检查 ELF 文件和目标文件（使用 file 命令）时，输出是相同的：

file ./out/main.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Atmel AVR 8-bit, version 1 (SYSV), not stripped
file ./out/main.elf: ELF 32-bit LSB executable, Atmel AVR 8-bit, version 1 (SYSV), statically linked, not stripped

所以它们都有相同的描述。 我的问题是：

• 这两个文件之间的实际区别是什么，或者如果我有多个源文件？
• 要运行的正确文件是什么，如何生成它？
• 我需要目标文件，还是它们只是中间文件？
• 如果我使用-c 选项和一些标志（-Wall -g -std=c99 -Os）编译一些源文件并从中获取目标文件，这些标志是否会在 ELF 文件生成时持续存在（如果我在生成 ELF 文件时可以跳过这些标志吗？在对象文件上使用它们）？

Answer 1

• 这两个文件之间的实际区别是什么，或者如果我有多个源文件？

.o 文件包含来自一个源（编译单元）的已编译代码，但尚未准备好运行：它可以包含对来自库或其他目标文件的外部符号的引用。

• 要运行的正确文件是什么，如何生成它？

也就是可执行文件（windows中的.exe）。它由链接阶段（由链接器）生成，该阶段搜索库和其他目标文件以解析 .o 文件中的外部引用。

• 我需要目标文件，还是它们只是中间文件？

是的，您需要它们才能链接它们，但它们是中间文件。

• 如果我用 -c 选项和一些标志（ -Wall -g -std=c99 -Os ）编译一些源文件并从中获取目标文件，这些标志是否会在 ELF 文件生成时保留（我可以跳过这些标志吗？如果我在对象文件上使用它们，则生成 ELF 文件时）？

某些标志在确定 .o 文件的意义上“持续存在”，但不是全部。 -Wall 仅在编译期间给出警告，-Os 指定某种优化类型，这将导致 .o 文件对执行的代码进行一些优化。

Answer 2

让我们做一个简单的例子。你有三个文件：

cnt.h

void inc_counter();
void print_counter();

cnt.c

#include <stdio.h>
#include <cnt.h>

static int counter= 0;

void inc_counter() {
    couner++;
}

void print_counter() {
    printf("Counter: %d\n", counter);
}

ma​​in.c

#include <counter.h>

int main(char** args) {
    inc_counter();
    print_counter();
    return 0;
}

然后编译cnt.c 和main.c 以创建cnt.o 和main.o。

• cnt.o 将包含get_counter 和inc_counter 的可执行代码。对于每一个，它都有一个入口点。但代码不可执行。 printf 的呼叫将无法工作，因为 printf 的地址尚不知道。因此，该文件包含稍后需要修复的信息。
• main.o 将包含main 的可执行代码及其入口点。同样，inc_counter 和 print_counter 的引用将不起作用。

在第二步中，文件cnt.o、main.o 和标准C 库将被链接并创建一个可执行的输出文件（带有.elf 或无扩展名）。链接器将在inc_counter 的调用和inc_counter 函数之间创建缺失的链接。它对print_counter 和printf 执行相同的操作，从而包括标准库中printf 的代码。

因此，虽然这两种文件类型主要由可执行代码组成，但.o 文件仅包含代码片段，.elf 文件包含完整程序。

注意：创建或使用动态链接库时还有其他变化。但为了简单起见，我将它们排除在外。