ELF文件数据布局探索(1)

作为一名Linux小白，第一次看到a.out这个名字，感觉实在是奇怪，搜了一下才知道这是编译器输出的默认可执行文件名

然后vi一下，哇，各种乱码，仔细看看，发现了三个清晰的字符ELF。继续搜索， 第一感觉就是这就是windows下的*.exe

顺便看到了readelf这条命令，就读了一下这个文件，发现这里边好多东西都不懂，后来在学习linux的过程中渐渐明白了

一部分，前几天刚好跟同学说到了关于ELF文件数据布局的问题，今天总结一下(罗嗦了这么多，真是不好意思)。

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今天讨论的问题是：我们在源程序中定义的变量是否会被存储在ELF中以及存放在什么地方。让我们一步一步往下看：

先抛出两个结论：

a. data段的数据存储在ELF文件中；

b. bss段的数据不存储在ELF文件中，ELF文件中的bss段只是记录bss段所需要的大小。

1. 对比代码, 下面这段代码用于对比测试：

 int main( ) {
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
.0K    a.out

size a.out 
   text       data        bss        dec        hex    filename
   1056        252          8       1316        524    a.out

2. 全局变量

2.1 未初始化：

 int a[];
 int main( ) {
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
.0K    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                153c    a.out

可以看出，bss段的值变为了4128，正好是32 + 4096，为什么不是8 + 4096，我想应该是bss段是32字节对齐的，至于初始为什么没有对齐，留待大神解释。

那么为什么a.out的大小还是8.0K呢？大家先想一想。

2.2 初始化

 int a[] = {  };
 int main( ) {
     return ;
 }

可能有同学要说了，你这只初始化了一个值吗？先往下看：

测试结果：

du -h a.out
12K    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                  153c    a.out

这次bss段值没变，而数据段多了4372 - 252 = 4120，为什么不是4096，说明data段应该也是32字节对齐的。细心的同学肯定发现了，a.out的大小增加

了4K，这说明什么，说明a[1024]数据被写入了ELF文件中，也就是说data段中变量的值全部被写入到了ELF文件中。那现在想一想，为什么bss段增加了而a.out

没有增加呢，说明bss段只是记录了变量占据存储空间的大小，并没有在ELF中为变量分配存储，这里可以证明上面的两个结论是正确的。

现在回答一下上面的问题，为什么我只初始化了一个值，其实我们知道，数组是连续存放的，因此，只要初始化了一个值，其它的数据地址也就确定了。

3. 静态变量

3.1 未初始化

 int main( ) {
     static int a[];
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
.0K    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                153c    a.out

bss段增加了4096 + 对齐字节，说明未经初始化的静态变量在bss段。

3.2 初始化

 int main( ) {
     static int a[] = {  };
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
12K    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                  153c    a.out

data段增加了4096 + 对齐字节，目标文件a.out增加了4K，说明经过初始化的静态变量在data段。

4. 字符串常量

 int main( ) {
     char *p = "";
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
7122    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                        a.out

1 int main( ) {
     char *p = "";
     return ;
 }

测试结果：

du -h a.out
.0K    a.out
size a.out
   text       data        bss        dec        hex    filename
                                        a.out

可以看到只有text段增加了，而且通过设置不同的长度，第二次比第一增加了10B，说明“确实”是被放在text段了。但经过进一步分析，使用readelf命令，发现实际上

"666666666666"的地址在rodata段范围内，实际上字符串常量是被存储在rodata段中的，size命令看来也是个坑啊！需要指出，rodata段的内容也是要占据ELF文件

存储的，并不仅仅只记录数据大小。

5. 局部变量

这些变量不会存储在ELF中，只有装载ELF时，才会在内存中分配，下一篇文章我会讨论这个问题。

下表是我在Linux内核版本3.2.0的测试结果：

变量属性	是否在ELF中	是否存储在ELF中	段
未经初始化的全局变量	是	否	bss段
经过初始化的全局变量	是	是	data段
未经初始化的静态变量	是	否	bss段
经过初始化的静态变量	是	是	data段
字符串常量	是	是	rodata段
宏定义常量	是	是	rodata段
局部变量	否	否

由于本人水平有限，文章中不当和错误之处不可避免，欢迎大家批评指正，愿共同进步！！！