现在我们把例 12.1 “用堆栈实现倒序打印”拆成两个程序文件,stack.c
实现堆栈,而main.c
使用堆栈:
/* stack.c */ char stack[512]; int top = -1; void push(char c) { stack[++top] = c; } char pop(void) { return stack[top--]; } int is_empty(void) { return top == -1; }
这段程序和原来有点不同,在例 12.1 “用堆栈实现倒序打印”中top
总是指向栈顶元素的下一个元素,而在这段程序中top
总是指向栈顶元素,所以要初始化成-1才表示空堆栈,这两种堆栈使用习惯都很常见。
/* main.c */ #include <stdio.h> int a, b = 1; int main(void) { push('a'); push('b'); push('c'); while(!is_empty()) putchar(pop()); putchar(' '); return 0; }
a
和b
这两个变量没有用,只是为了顺便说明链接过程才加上的。编译的步骤和以前一样,可以一步编译:
$ gcc main.c stack.c -o main
也分可以多步编译:
$ gcc -c main.c $ gcc -c stack.c $ gcc main.o stack.o -o main
如果按照第 2 节 “main
函数和启动例程”的做法,用nm
命令查看目标文件的符号表,会发现main.o
中有未定义的符号push
、pop
、is_empty
、putchar
,前三个符号在stack.o
中实现了,链接生成可执行文件main
时可以做符号解析,而putchar
是libc
的库函数,在可执行文件main
中仍然是未定义的,要在程序运行时做动态链接。
我们通过readelf -a main
命令可以看到,main
的.bss
段合并了main.o
和stack.o
的.bss
段,其中包含了变量a
和stack
,main
的.data
段也合并了main.o
和stack.o
的.data
段,其中包含了变量b
和top
,main
的.text
段合并了main.o
和stack.o
的.text
段,包含了各函数的定义。如下图所示。
图 20.1. 多目标文件的链接
为什么在可执行文件main
的每个段中来自main.o
的变量或函数都在前面,而来自stack.o
的变量或函数都在后面呢?我们可以试试把gcc
命令中的两个目标文件反过来写:
$ gcc stack.o main.o -o main
结果正如我们所预料的,可执行文件main
的每个段中来自main.o
的变量或函数都排到后面了。实际上链接的过程是由一个链接脚本(Linker Script)控制的,链接脚本决定了给每个段分配什么地址,如何对齐,哪个段在前,哪个段在后,哪些段合并到同一个Segment,另外链接脚本还要插入一些符号到最终生成的文件中,例如__bss_start
、_edata
、_end
等。如果用ld
做链接时没有用-T
选项指定链接脚本,则使用ld
的默认链接脚本,默认链接脚本可以用ld --verbose
命令查看(由于比较长,只列出一些片断):
$ ld --verbose ... using internal linker script: ================================================== /* Script for -z combreloc: combine and sort reloc sections */ OUTPUT_FORMAT("elf32-i386", "elf32-i386", "elf32-i386") OUTPUT_ARCH(i386) ENTRY(_start) ... SECTIONS { /* Read-only sections, merged into text segment: */ PROVIDE (__executable_start = 0x08048000); . = 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS; .interp : { *(.interp) } .note.gnu.build-id : { *(.note.gnu.build-id) } .hash : { *(.hash) } .gnu.hash : { *(.gnu.hash) } .dynsym : { *(.dynsym) } .dynstr : { *(.dynstr) } .gnu.version : { *(.gnu.version) } .gnu.version_d : { *(.gnu.version_d) } .gnu.version_r : { *(.gnu.version_r) } .rel.dyn : ... .rel.plt : { *(.rel.plt) } ... .init : ... .plt : { *(.plt) } .text : ... .fini : ... .rodata : { *(.rodata .rodata.* .gnu.linkonce.r.*) } ... .eh_frame : ONLY_IF_RO { KEEP (*(.eh_frame)) } ... /* Adjust the address for the data segment. We want to adjust up to the same address within the page on the next page up. */ . = ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE)) - ((CONSTANT (MAXPAGESIZE) - .) & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)); . = DATA_SEGMENT_ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE), CONSTANT (COMMONPAGESIZE)); ... .ctors : ... .dtors : ... .jcr : { KEEP (*(.jcr)) } ... .dynamic : { *(.dynamic) } .got : { *(.got) } ... .got.plt : { *(.got.plt) } .data : ... _edata = .; PROVIDE (edata = .); __bss_start = .; .bss : ... _end = .; PROVIDE (end = .); . = DATA_SEGMENT_END (.); /* Stabs debugging sections. */ ... /* DWARF debug sections. Symbols in the DWARF debugging sections are relative to the beginning of the section so we begin them at 0. */ ... } ==================================================
ENTRY(_start)
说明_start
是整个程序的入口点,因此_start
是入口点并不是规定死的,是可以改用其它函数做入口点的。
PROVIDE (__executable_start = 0x08048000); . = 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS;
是Text Segment的起始地址,这个Segment包含后面列出的那些段,.plt
、.text
、.rodata
等等。每个段的描述格式都是“段名 : { 组成 }”,例如.plt : { *(.plt) }
,左边表示最终生成的文件的.plt
段,右边表示所有目标文件的.plt
段,意思是最终生成的文件的.plt
段由各目标文件的.plt
段组成。
. = ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE)) - ((CONSTANT (MAXPAGESIZE) - .) & (CONSTANT (MAXPAGESIZE) - 1)); . = DATA_SEGMENT_ALIGN (CONSTANT (MAXPAGESIZE), CONSTANT (COMMONPAGESIZE));
是Data Segment的起始地址,要做一系列的对齐操作,这个Segment包含后面列出的那些段,.got
、.data
、.bss
等等。
Data Segment的后面还有其它一些Segment,主要是调试信息。关于链接脚本就介绍这么多,本书不做深入讨论。