静态库 (.a) 和共享库 (.so) 之间的文件格式差异？答案

【问题标题】：File format differences between a static library (.a) and a shared library (.so)?静态库 (.a) 和共享库 (.so) 之间的文件格式差异？
【发布时间】：2017-06-12 06:38:36
【问题描述】：

我知道有很多关于共享库和静态库的用例的问题，这个问题与此无关。我在询问存储在磁盘上的文件格式的差异。

为什么问题是，两者之间有什么区别？还是它们完全一样，只是用法不同？

我相信它们是不一样的，因为在共享库上运行“nm”需要 -D 标志。显然，它需要做一些不同的事情。为什么？

它们都是 ELF 文件吗？

唯一的区别是共享库可以包含一些依赖路径吗？

【问题讨论】：

相关：stackoverflow.com/questions/15345543/…
Difference between static and shared libraries?的可能重复
@yugr 不是重复的。这些答案都没有提到文件的内部格式。
@yugr 我不认为这是重复的，因为接受答案列出了每个库文件的用例，而不是关于序列化格式（这是这里要问的）。
共享库是可以加载到内存中的链接图像 (ELF)。静态库是一个包含未链接的可重定位文件（也称为 ELF）的存档，这些文件可以链接到可以加载到内存中的内容中。

标签： linux linker shared-libraries static-libraries elf

【解决方案1】：

一个静态库，例如libfoo.a 不是任何类型的可执行文件。它只是unix ar format 中的索引存档其他文件恰好是ELF 目标文件。

像任何存档一样创建静态库：

ar crs libfoo.a objfile0.o objfile1.0...objfileN.o

输出新的存档 (c) libfoo.a，并插入这些目标文件 (r) 并添加了索引 (s)。

您会在程序中听到链接 libfoo.a。这并不意味着 libfoo.a 它自己 链接到程序中或与程序相连。这意味着libfoo.a 作为存档传递给链接器，它可以从中提取并链接到该程序只是程序需要的存档中的那些目标文件。所以静态库的格式（ar 格式）只是一个目标文件链接器输入的捆绑格式：同样可以是其他捆绑格式对链接器的任务没有任何影响，即消化一组目标文件和共享库并生成程序或共享库，从他们。 ar 格式是历史的选择。

另一方面，共享库，例如libfoo.so，是一个 ELF 文件而不是任何类型的存档。

不要怀疑静态库是一种 ELF 文件事实上，所有著名的 ELF 解析器 - objdump、readelf、nm - 将解析一个静态库。这些工具都知道静态库是 of ELF 目标文件的存档，因此它们只解析所有目标文件在库中，就像您在命令行中列出它们一样。

-D 选项与nm 一起使用只是指示工具选择仅动态符号表中的符号（如果有），它解析的 ELF 文件的数量 - 对运行时链接器可见的符号 - 无论它们是否从档案中解析。它是与objdump -T 和readelf --dyn-syms 相同。不是有必要使用这些选项来解析来自共享库的符号。如果你不这样做，那么默认情况下你只会看到 full 符号表。如果你在静态库上运行nm -D，你会被告知no symbols，因为存档中的每个目标文件 - 同样，如果您为每个目标文件运行 nm -D 这些目标文件单独。原因是目标文件没有动态符号表：只有共享库或程序有。

对象文件、共享库和程序都是ELF格式的变种。如果您对 ELF 变体感兴趣，那么这些就是您感兴趣的变体。

ELF 格式本身是一个漫长而棘手的技术阅读，并且是必需的用于精确区分变体的背景。简介：一个 ELF 文件包含 ELF 标头 结构，其中一个字段包含类型标识符文件作为目标文件、共享库或程序。当文件是程序或共享库，它还包含一个可选的程序头表结构，其字段为运行时链接器/加载器提供参数它需要在一个进程中加载文件。在ELF结构方面，程序和共享库之间的区别很小：它是对他们的行为产生影响的详细内容从加载器中引出。

对于冗长而棘手的技术阅读，请尝试Excutable and Linkable Format (ELF)

【讨论】：

太棒了！简单明了。这正是我所需要的。非常感谢！
很好的答案..帮助我理解了链接器背后的层..

【解决方案2】：

来源

我在示例中使用的源代码如下：

class T {
public:
    T(int _x) : x(_x) { }
    T& operator=(const T& rhs) { x = rhs.x; return *this; }
    int getX() const { return x; }

private:
    int x = 0;
};

创建共享库

$ g++ -shared -fPIC -c test.cpp -o test.out && ld -o libtest.so test.out 
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 0000000000400078

创建静态库

$ g++ -fPIC -c test.cpp -o test.out && ar rcs libtest.a test.out

它们都是 ELF 文件吗？

有点……这是共享库的readelf -h 的输出：

$ readelf -h libtest.so 
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              EXEC (Executable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x400078
  Start of program headers:          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          408 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         1
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         5
  Section header string table index: 2

静态库输出非常相似，但又不完全相同：

$ readelf -h libtest.a

File: libtest.a(test.out)
ELF Header:
  Magic:   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  Class:                             ELF64
  Data:                              2's complement, little endian
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI Version:                       0
  Type:                              REL (Relocatable file)
  Machine:                           Advanced Micro Devices X86-64
  Version:                           0x1
  Entry point address:               0x0
  Start of program headers:          0 (bytes into file)
  Start of section headers:          360 (bytes into file)
  Flags:                             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           0 (bytes)
  Number of program headers:         0
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         9
  Section header string table index: 6

首先跳出来的是静态库中的File条目。它不是一个 ELF 对象，而是包含一个 ELF 对象。确认这一点的另一种方法是查看带有hexdump -C（截断）的文件。一、共享库：

$ hexdump -C libtest.so
00000000  7f 45 4c 46 02 01 01 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |.ELF............|
00000010  02 00 3e 00 01 00 00 00  78 00 40 00 00 00 00 00  |..>.....x.@.....|
00000020  40 00 00 00 00 00 00 00  98 01 00 00 00 00 00 00  |@...............|
00000030  00 00 00 00 40 00 38 00  01 00 40 00 05 00 02 00  |....@.8...@.....|
00000040  51 e5 74 64 06 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |Q.td............|
00000050  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
*
00000070  10 00 00 00 00 00 00 00  47 43 43 3a 20 28 47 4e  |........GCC: (GN|

我们可以在这里很清楚地看到字符序列ELF，就在文件的开头。这是静态库输出：

$ hexdump -C libtest.a
00000000  21 3c 61 72 63 68 3e 0a  2f 20 20 20 20 20 20 20  |!<arch>./       |
00000010  20 20 20 20 20 20 20 20  31 34 38 35 34 36 31 31  |        14854611|
00000020  36 36 20 20 30 20 20 20  20 20 30 20 20 20 20 20  |66  0     0     |
00000030  30 20 20 20 20 20 20 20  34 20 20 20 20 20 20 20  |0       4       |
00000040  20 20 60 0a 00 00 00 00  74 65 73 74 2e 6f 75 74  |  `.....test.out|
00000050  2f 20 20 20 20 20 20 20  31 34 38 35 34 36 31 31  |/       14854611|
00000060  36 36 20 20 31 30 30 30  20 20 31 30 30 30 20 20  |66  1000  1000  |
00000070  31 30 30 36 36 34 20 20  39 33 36 20 20 20 20 20  |100664  936     |
00000080  20 20 60 0a 7f 45 4c 46  02 01 01 00 00 00 00 00  |  `..ELF........|
00000090  00 00 00 00 01 00 3e 00  01 00 00 00 00 00 00 00  |......>.........|
000000a0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 68 01 00 00  |............h...|
000000b0  00 00 00 00 00 00 00 00  40 00 00 00 00 00 40 00  |........@.....@.|
000000c0  09 00 06 00 00 47 43 43  3a 20 28 47 4e 55 29 20  |.....GCC: (GNU)

我们可以在此处开始 ELF 标头之前看到一堆额外的东西，证实了我们的假设，即静态库与共享库的存储方式不同。

另一个区别是Type 条目；共享库被标记为可执行，而静态库不是。事实上，共享库和可执行文件之间并没有太大区别：https://askubuntu.com/questions/690631/executables-vs-shared-objects

【讨论】：

“我们可以在此处开始 ELF 标头之前看到一堆额外的东西” - 静态库是可重定位 ELF 文件的 ar 存档，不是 ELF。
@yugr 是的，这就是我所说的“它不是一个 ELF 对象，而是包含一个 ELF 对象”:)
演示不错。但是有一个错误。通常 .so 头文件中的动态库类型是 --- 类型：DYN，而不是 EXEC。

【解决方案3】：

静态库只不过是可重定位对象的集合（它甚至不是 ELF，而是 ELF 的虚拟存档）。

共享库是具有已定义接口（即符号表）和依赖项（它是一个 ELF 文件）的独立功能。

【讨论】：