【读书笔记】程序员的自我修养总结（五）
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说明：这是程序员的自我修养一书的读书总结，随着阅读的推进，逐步增加内容。
COMMON块
前面提到过强弱符号机制允许同一个符号的定义存在于多个文件中，编译器知道变量数据类型，而链接器则不知道数据类型，即变量类型对链接器是透明的，只知道一个符号的名字，并不知道类型是否一致。当定义多个类型不一致的符号时，链接器该如何处理呢？
一种情况是两个强符号，当然直接链接器报错，不允许强符号多重定义；
二种情况是一个强符号，其余是弱符号。肯定直接只选择强符号，而不管数据类型的空间那个大；
三种情况是多个弱符号，选择数据类型占据内存空间最大的那个定义。
当编译器将一个编译单元编译成目标文件时，如果编译单元包含了弱符号，那么弱符号最终占据空间大小是未知的，因为它不知道其他编译单元中该弱符号占据的空间大小，所以编译器无法为该弱符号在BSS段分配空间，因为所需空间大小未知。但链接器在链接过程中可以确定弱符号的大小，因为链接器读取所有输入目标文件以后，任何一个弱符号的最终大小都可以确定，可以在最终的输出文件的bss段为其分配空间。总体上看，未初始化的全局变量最终还是被放到BSS段的。
这里再说明一下：
未初始化全局变量在目标文件中是没有分配空间的，因为上面所讲原因，而初始化的全局变量是强符号，在目标文件中是已经分配地址了。
早期C语言程序员粗心大意，经常忘记使用extern声明变量，使得编译器会在多个目标文件中产生同一个变量的定义。为了解决这个问题，编译器和链接器干脆把未初始化的变量都当作COMMON类型处理。
静态链接库
比如经典的C语言版本Hello world，使用C语言标准库printf输出字符串，printf函数对字符串进行一系列处理后，最后会调用系统API，各个操作系统下，往终端输出字符串的API都不一样，在Linux下是一个write的系统调用，而在windows下是一个writeConsole系统API。
静态库可以看做一组目标文件的集合，即很多目标文件经过压缩打包后，形成一个文件。使用ar命令，或者windows下的lib.exe，用来创建、提取和列举lib中的内容。
一般库文件中的目标文件之间也大多是相互依赖的，所以如果靠人工将所有相互依赖的目标文件找出来进行链接，估计会死人。所以链接器代替人工来处理这件事，自动寻找所有需要的符号及所在的目标文件，并将这些目标文件从对应的库中解压出来，最终将他们连接在一起成为可执行文件。
有一点值得提出：为何静态链接库中一个目标文件只包含一个函数呢？
链接器在链接静态库的时候是以目标文件为单位的，比如引用了静态库中的printf函数，那么链接器就会把库中包含printf函数的那个目标文件链接进来，如果很多函数放入同一个目标文件中，很多可能没有用的函数都被一起链接到了输出文件中，这样会造成空间浪费，所以那些不需要的函数就不要链接到最终的输出文件中。
最小的程序
如下：
char * str = "Hello world!
"；
void print()
{
asm("movl $13, %%edx
"
"movl %0, %%ecx
"
"movl %0, %%ebx
"
"movl %4, %%eax
"
"int $0x80
"
:: "r"(str):"edx","ecx","ebx");
}
void exit()
{
asm("movl %42, %%ebx
"
"movl %1, %%eax
"
"int $0x80
");
}
void nomain()
{
print();
exit();
}
分析源代码，程序入口为nomain()函数，然后调用print函数，打印hello world，接着调用exit函数结束进程。这里的print使用的是Linux的Write系统调用，exit使用的是EXIT系统调用，使用GCC的内嵌汇编。系统调用通过0x80中断实现，其中eax为调用号，ebx，ecx，edx等通用寄存器用来传递参数，比如WRITE调用是往一个文件句柄写入数据，其C语言原型为：
**int write(int filedesc, char * buffer, int size);**
- WRITE调用的调用号位4，则eax=4；
- filedesc表示写入的文件句柄，使用ebx寄存器传递，往默认终端stdout输出，句柄为0，所以ebx=0。
- buffer表示写入缓存区地址，使用ecx寄存器传递，输出字符串，所以ecx = str。
- size表示写入字节数，使用edx寄存器传递，字符串的长度为13个字节，所以edx=13。
同理可以分析EXIT系统调用，ebx表示进程退出码，比如main程序中的return返回给系统库，系统库将该数值传递给EXIT系统调用，这样父进程就可以接收到子进程的退出码，EXIT的系统调用调用号为1，所以eax=1。
第一步将编译为目标文件，然后使用ld将其链接为TinyHelloWorld，命令如下：
gcc -c -fno-builtin TinyHelloWorld.c
ld -static -e nomain -o TinyHelloWorld TinyHelloWorld.c
说明：
-fno-builtin gcc提供的内置函数，将一些常用的c库函数替换为编译器内置函数，达到优化功能。这里选择将该功能关闭；
-static表示静态链接，而不是使用默认的动态链接形式；
-e nomain表示程序入口函数为nomain。对应将ELF文件头中的e_entry成员赋值为nomain函数地址。
使用objdump或readlf查看，有四个段，.text，.data，.rodata，.comment。
实际上四个段都是只读的，原则上可以将其合并到一个段中，该段的属性是可执行可读，包含数据和指令。
链接脚本
其实有点类似于cmd文件，在DSP的编程开发中，一个非常重要的内容就是cmd的编写，内存的编排：
ENTRY(nomain)
SECTIONS
{
. = 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS;
tinytext : {*(.text) *(.data) *(.rodata)}
/DISCARD/ : { *(.comment)}
}
非常简单的链接脚本，第一行指定入口地址为nomain，然后是第一条为赋值语句，后两条为段转换规则；
第一条语句将当前虚拟地址设置为0x08048000 + SIZEOF_HEADERS;宏为输出文件的文件头大小，”.”表示当前虚拟地址。
tinytext将所有的段依次合并到该段；
最后一条说明将.comment段忽略掉，不保存在文件中。
gcc -c -fno-builtin TinyHelloWorld.c
ld -static -T TinyHelloWorld.lds -o TinyHelloWorld TinyHelloWorld.c
2015-10-27读书笔记 张朋艺