ELF，汇编，符号与重定向表
发布于 • 作者: Ethan
例子
c程序：
#include <stdio.h>
int g_init = 10; // 已初始化全局变量
int g_uninit; // 未初始化全局变量（BSS）
const char *msg = "Hi"; // 只读数据
extern int ext_func(int);
static int helper(int x) {
return x + g_init;
}
int main() {
g_uninit = helper(3);
printf("%s %d\n", msg, ext_func(g_uninit));
return 0;
}
汇编（RISC-V 32bits gcc 15.2.0）：
g_init:
.word 10
g_uninit:
.zero 4
.LC0:
.string "Hi"
msg:
.word .LC0
helper:
addi sp,sp,-32
sw ra,28(sp)
sw s0,24(sp)
addi s0,sp,32
sw a0,-20(s0)
lui a5,%hi(g_init)
lw a4,%lo(g_init)(a5)
lw a5,-20(s0)
add a5,a4,a5
mv a0,a5
lw ra,28(sp)
lw s0,24(sp)
addi sp,sp,32
jr ra
.LC1:
.string "%s %d\n"
main:
addi sp,sp,-16
sw ra,12(sp)
sw s0,8(sp)
sw s1,4(sp)
addi s0,sp,16
li a0,3
call helper
mv a4,a0
lui a5,%hi(g_uninit)
sw a4,%lo(g_uninit)(a5)
lui a5,%hi(msg)
lw s1,%lo(msg)(a5)
lui a5,%hi(g_uninit)
lw a5,%lo(g_uninit)(a5)
mv a0,a5
call ext_func
mv a5,a0
mv a2,a5
mv a1,s1
lui a5,%hi(.LC1)
addi a0,a5,%lo(.LC1)
call printf
li a5,0
mv a0,a5
lw ra,12(sp)
lw s0,8(sp)
lw s1,4(sp)
addi sp,sp,16
jr ra
ELF 的两种视角
ELF 同时服务于 两类工具，因此有两套组织方式：
| 视角 | 给谁看 | 核心结构 |
|---|---|---|
| Section 视角 | 编译器 / 链接器 | Section Header Table |
| Segment 视角 | Loader / OS | Program Header Table |
所以：
Section 是“链接期”的逻辑单位，Segment 是“运行期”的装载单位
Section 层面的程序
下面逐个分析代码中的对象 分别落在哪些 Section 中。
一、全局与静态数据相关 Section
一、.data —— 已初始化的可写数据
int g_init = 10;
汇编：
g_init:
.word 10
特点：
- 已初始化
- 可写
- 程序加载时就要占据实际空间
所以放入 .data
二、.bss —— 未初始化的全局/静态数据
int g_uninit;
汇编：
g_uninit:
.zero 4
关键点：
.bss不在 ELF 文件中占空间- 只记录大小
- Loader 在运行时清零
所以放入 .bss
三、.rodata —— 只读常量数据
const char *msg = "Hi";
拆解成两部分：
.LC0:
.string "Hi" // 字符串字面量
msg:
.word .LC0 // 指针变量
| 符号 | Section | 原因 |
|---|---|---|
"Hi" |
.rodata |
字符串字面量只读 |
msg |
.data |
指针变量本身可写 |
二、代码相关 Section
四、.text —— 可执行代码
static int helper(int x);
int main();
extern int ext_func(int);
对应汇编：
helper:
main:
说明：
static不影响 Section- 只影响 符号可见性
所以helper、main 都在 .text
三、其他常见 Section
| Section | 作用 |
|---|---|
.symtab |
符号表（链接期） |
.strtab |
符号名字符串 |
.rela.text |
针对 .text 的重定位 |
.debug_* |
-g 产生的调试信息 |
从 Section 到 Segment（真正会被加载的东西）
Section ≠ 装载单位 真正映射到内存的是 Segment（Program Header）。
映射关系
| Segment | 包含的 Section | 权限 |
|---|---|---|
PT_LOAD |
.text .rodata |
R-X |
PT_LOAD |
.data .bss |
R-W |
Loader 做的事情是：
把一组 Section 合并 → 映射成一个 Segment
例如：
.bss虽然不在文件中- 但属于 RW Segment
- Loader 会额外分配并清零
Symbol Table（符号表）——链接器的“目录”
此程序中会出现如下符号：
| 符号名 | 类型 | 绑定 | Section |
|---|---|---|---|
g_init |
OBJECT | GLOBAL | .data |
g_uninit |
OBJECT | GLOBAL | .bss |
msg |
OBJECT | GLOBAL | .data |
.LC0 |
OBJECT | LOCAL | .rodata |
helper |
FUNC | LOCAL | .text |
main |
FUNC | GLOBAL | .text |
ext_func |
FUNC | GLOBAL | UND |
关键解释：
helper 为什么是 LOCAL？
static int helper(int x)
static→ 不导出- 链接器不会把它暴露给其他目标文件
ext_func 为什么是 UND？
extern int ext_func(int);
- 本目标文件 只声明
- 没有定义
- 符号表中记为 Undefined
链接阶段：
- 由 linker 在其他
.o或库中解析 - 否则报
undefined reference
Relocation（重定位）——汇编里正在发生什么
为什么需要重定位？
在 .o 阶段：
g_init、msg、g_uninit的最终地址未知- 只能先写成“占位引用”
代码里的典型重定位点
示例 1：访问全局变量
lui a5,%hi(g_init)
lw a4,%lo(g_init)(a5)
这里发生了什么：
%hi(g_init)→ 需要 linker 填%lo(g_init)→ 需要 linker 填
➡ 在 .rela.text 中生成一条 relocation entry：
R_RISCV_HI20 g_init
R_RISCV_LO12 g_init
示例 2：访问 msg
lui a5,%hi(msg)
lw s1,%lo(msg)(a5)
同样是 符号地址重定位
示例 3：函数调用
call ext_func
ext_func是 UND- 生成 函数调用重定位
链接器最终：
- 找到定义
- 计算 PC-relative offset
- 回填指令
relocation 表中记录了什么？
每一条 relocation 包含：
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| offset | 需要修补的位置 |
| type | 重定位类型（HI20 / LO12 / CALL 等） |
| symbol | 关联的符号 |
| addend | 常量修正值 |
整体流程
C 源码
↓
.o 文件
- Section
- Symbol Table
- Relocation
↓
Linker
- 合并 Section
- 解析符号
- 应用 Relocation
- 生成 Segment
↓
ELF 可执行文件
↓
Loader
- 映射 Segment
- 清零 .bss
- 跳转到 _start
总结
Section 是给链接器用的逻辑结构，Segment 是给 Loader 用的内存映射结构；Symbol Table 告诉链接器“有什么”，Relocation 告诉它“哪里需要补地址”。