ELF文件格式（3）：符号管理

前言

符号是程序对某些类型的数据或者代码的引用，典型的符号包括全局变量、函数名等，这些符号会在程序链接、运行以及调试时发挥作用。ELF文件中管理的符号包括：

定义在本目标文件中并且可以被其它目标文件引用的全局符号，对应于C程序中非静态的函数和全局变量；
定义在其它目标文件中并且在本目标文件中引用的全局符号，这些符号称为外部符号，对应于C程序中在其它目标文件中定义的非静态函数和全局变量；
只在当前目标文件定义和引用的局部符号，对应C程序中的静态函数和静态全局变量；
节名，由编译器产生，用于记录该节的起始地址，如.text、.data等。

符号表

ELF文件通常会使用独立的符号表记录所有引用到的符号，对应的节名为.symtab。ELF符号表保存了ELF文件中定义的全局变量和函数的符号信息，也包含了引用自外部文件的全局符号。在Linux下，可以使用readelf工具查看ELF文件符号表：

符号表本质上是一个由符号描述信息构成的数组，对于每个符号描述信息的数据结构定义如下：

typedef struct {
    uint32_t      st_name;   /* 符号名，包含符号在字符串表中的下标信息 */
    unsigned char st_info;   /* 符号类型和绑定信息 */
    unsigned char st_other;  /* 未使用 */
    uint16_t      st_shndx;  /* 符号所在节 */ 
    Elf64_Addr    st_value;  /* 符号相对应的值，一般为符号地址 */
    uint64_t      st_size;   /* 符号大小 */
} Elf64_Sym;

符号类型

ELF文件格式中定义的几种常用的符号类型如下：

STT_NOTYPE：符号类型未定义；
STT_FUNC：表示该符号符号是函数或者关联了其它可执行代码；
STT_OBJECT：表示该符号是数据对象；
STT_SECTION：表示该符号是一个节名，如.text节、.data节等；
STT_FILE：表示该符号是文件名，如对于目标文件，通常是目标文件名。

符号绑定类型

根据符号的可见性和优先级，ELF定义了多种符号绑定类型，常见的符号绑定如下：

STB_LOCAL：本地符号，对于目标文件之外是不可见的，如static函数；
STB_GLOBAL：全局符号，对于所有需要链接的目标文件来说是可见的。一个全局符号在一个文件中进行定义后，另外一个文件可以对这个符号进行引用；
STB_WEAK：弱引用符号，类似于全局符号，但优先级比STB_GLOBAL低。被标记为STB_WEAK的符号有可能被同名的未被标记为STB_WEAK的符号覆盖。

符号所在节

符号表项中成员st_shndx记录了符号所在节的信息，若符号定义在当前目标文件中，这个成员记录符号所在的节在节区头部表中的索引；但若符号定义在其它目标文件中，或者一些特殊符号，这个成员记录了一些特殊的符号常量：

SHN_ABS：表示该符号包含了一个绝对的值，如表示文件名的符号；
SHN_UNDEF：表示未定义的符号，即在当前目标文件中，但是定义在其它目标文件中的符号；
SHN_COMMON：表示还未被分配位置的未初始化的符号，如未初始化的全局变量。这里可以注意与.bss进行对比，.bss通常存储未初始化的静态变量，以及初始化为0的全局或静态变量。

动态符号表

在大多数动态链接可执行文件以及共享库中，还存在另外一张符号表，称作动态符号表，对应的节名为.dynsym。与符号表保存了文件中所有的符号信息不同，动态符号表只保存了引用自外部文件的全局符号，因此动态符号表中存储的符号实际上是符号表中的符号的一个子集，并且二者的作用也不相同：

.symtab符号表只是用来进行链接和调试的，因此只在可重定位文件进行链接时，需要symtab符号表中的内容，对于程序的运行则不是必要的数据，也不会被装载到内存中；
.dynsym符号表保存的符号只能在运行时被解析，因此程序运行时会将.dynsym符号表加载到内存中。

清除符号信息

默认情况下编译出来的ELF文件里面带有符号信息和调试信息，这些信息在调试阶段很有用，但通常不是程序运行时必要的信息，因此在编译时，可以使用gcc的-s选项选择不生成符号信息，以减小生成文件占用的空间：

Aspiresky ～ # gcc -s main.c -o a.out

这里需要注意，对于可重定位文件的链接，需要符号表中的相关信息，因此在编译生成可重定位文件时，使用-s选项是不生效的。对于已编译生成的可执行文件，GNU binutils工具集中提供了strip工具，用于清除文件的所有符号和调试信息：

Aspiresky ~ # strip a.out

Aspiresky