上一篇文章介紹了COFF目標(biāo)文件的結(jié)構(gòu)。如果你試著做一個(gè)應(yīng)用程序的連接器(Linker),就會(huì)發(fā)現(xiàn),僅僅有目標(biāo)文件是不夠的。我們?cè)谶B接程序時(shí),不僅僅要用到目標(biāo)文件,庫(kù)文件也是必不可少的。
庫(kù)文件是怎么樣的結(jié)構(gòu)呢?
其實(shí),庫(kù)文件的結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。它就是“一堆”目標(biāo)文件的集合。把目標(biāo)文件做成庫(kù)以后,我們?cè)谑褂媚繕?biāo)文件中所實(shí)現(xiàn)的功能時(shí),連接程序會(huì)自動(dòng)在庫(kù)文件里查找相應(yīng)的目標(biāo)文件,并使用它。這大大減少了我們對(duì)目標(biāo)文件的管理工作,減輕了代碼重用的負(fù)擔(dān)。
Lib文件中的節(jié) COFF格式中所用到的“節(jié)”的概念再次出現(xiàn)在Lib格式中。不過,Lib文件的節(jié)要簡(jiǎn)單得多。先讓我們來看看它的整體結(jié)構(gòu):
如右圖所示: Lib格式只有四種類型的節(jié)(Section),即First Sec,Second Sec,Longname Sec和Obj Sec;其中Second Sec與Longname Sec是可選節(jié),很多Lib文件中都沒有。而開頭的Singature只是一個(gè)標(biāo)識(shí),它相當(dāng)于COFF目標(biāo)文件中的魔法數(shù)字。它是一個(gè)長(zhǎng)度為8的字符串,值為“!<arch>\n”。 First Sec,顧名思義,就是第一個(gè)節(jié)。它包含了庫(kù)中所有的符號(hào)名以及這些符號(hào)所在的目標(biāo)文件在庫(kù)中的位置(絕對(duì)偏移)。 Second Sec就是第二節(jié)。它的內(nèi)容和First Sec是相同的。不同的是,Second Sec是一個(gè)有序表,通過它來查找?guī)熘械姆?hào)比通過First Sec來查找要快很多。 |
Signature |
First Sec |
Second Sec |
Longname Sec |
Obj Sec1 |
Obj Sec2 |
…… |
|
Longname Sec是長(zhǎng)名稱節(jié)。這一節(jié)是一個(gè)字符串表。它包含了所有長(zhǎng)目標(biāo)文件名。如果后面的Obj Sec中沒有給出相應(yīng)的目標(biāo)文件名,我們就要到這一節(jié)中來查找。
Obj Sec就是目標(biāo)文件節(jié)。這些節(jié)中存儲(chǔ)著不同的目標(biāo)文件的原始數(shù)據(jù)。
在庫(kù)文件中,每一節(jié)都有兩個(gè)部分。一個(gè)部分是頭,另一個(gè)部分才是該節(jié)的數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)緊跟在頭的后面。頭描述了該節(jié)數(shù)據(jù)的類型、長(zhǎng)度等信息。這些頭的格式都是相同的。其結(jié)構(gòu)用C語言描述如下:
typedef struct {
char Name[16]; // 名稱
char Time[12]; // 時(shí)間
char UserID[6]; // 用戶ID
char GroupID[6]; // 組ID
char Mode[8]; // 模式
char Size[10]; // 長(zhǎng)度
char EndOfHeader[2];// 結(jié)束符
} SectionHeader;
可以看到,頭中的數(shù)據(jù)全都是字符串。用字符串的好處是可以提高格式的兼容性,因?yàn)樵诓煌臋C(jī)器上,數(shù)據(jù)的排列方式是不同的。有的機(jī)器是以Little-Endian方式工作,還有的是以Big-Endian方式工作,它們互不兼容(這兩種方式的區(qū)別!?請(qǐng)看我的《COFF格式》一文,其中的文件頭一節(jié)有說明)。用字符串就不會(huì)有這種問題(后面我們將會(huì)遇到)。但它也有不方便的地方,就是必須把字符串轉(zhuǎn)換成數(shù)值,多了一個(gè)步驟。
在這個(gè)結(jié)構(gòu)中,最常用的Name、Size以及EndOfHeader三個(gè)成員。Name就是節(jié)的名稱啦!Size也很好理解,就是該節(jié)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度。現(xiàn)在要注意的就是這個(gè)EndOfHeader成員了!這個(gè)成員標(biāo)志著頭的結(jié)束,其內(nèi)容為“`\n”(注意,這里沒有打錯(cuò),是兩個(gè)字符“`”和“\n”)。怎么樣?有點(diǎn)奇怪吧?為什么要有這個(gè)結(jié)束符?每一節(jié)的頭長(zhǎng)度一定,每節(jié)中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度也知道。按順序向下讀不行嗎?答案是:不行!因?yàn)槊恳还?jié)之間存在間隙!通常是一個(gè)字節(jié)或零個(gè)字節(jié)。如果是零個(gè)字節(jié)倒好,按順序向下讀是OK的。可是如果不為零的話,這樣讀就要錯(cuò)位了。要知道錯(cuò)位沒有,只好用一個(gè)結(jié)束符來定位了。如果在讀頭的時(shí)候發(fā)現(xiàn)結(jié)束符不對(duì),那就要一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)地向下查找,直到找到結(jié)束符,才能算是對(duì)齊了。切記!切記!
當(dāng)然,通過First Sec或Second Sec中給出的偏移來讀數(shù)據(jù)就不存在這個(gè)問題。不會(huì)發(fā)生錯(cuò)位,放心讀吧!
現(xiàn)在讓我們來看看每一節(jié)中的數(shù)據(jù)是什么樣子。
First Sec
第一節(jié),通常就是Lib中的每一個(gè)小節(jié)。它的名稱是“/”。其數(shù)據(jù)部分的結(jié)構(gòu)如下:
typedef struct {
unsigned long SymbolNum; // 庫(kù)中符號(hào)的數(shù)量
unsigned long SymbolOffset[n]; // 符號(hào)所在目標(biāo)節(jié)的偏移
char StrTable[m]; // 符號(hào)名稱字符串表
}FirstSec;
第一個(gè)成員SymbolNum是符號(hào)的數(shù)量。注意!它是以Big-Endian方式儲(chǔ)存的(x86平臺(tái)上的數(shù)據(jù)是以Little-Endian方式儲(chǔ)存的。這里應(yīng)該注意轉(zhuǎn)換。后面給出的convert函數(shù)可以在Little-Endian格式與Big-Endian格式之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換)。
第二個(gè)成員SymbolOffset是一個(gè)數(shù)組,它的長(zhǎng)度n就是符號(hào)的數(shù)量,也就是SymbolNum。這個(gè)數(shù)組儲(chǔ)存了每一個(gè)符號(hào)所在的目標(biāo)節(jié)的偏移。我們可以方便地通過它來查找符號(hào)所在的目標(biāo)文件。注意!它也是以Big-Endian格式儲(chǔ)存的。
第三個(gè)成員StrTable是一個(gè)字符串表,它的長(zhǎng)度m就是SectionHeader.Size的值減去(SymbolNum+1)*4。其結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單,就是一堆以‘\0’結(jié)尾的字符串(和COFF文件中的字符串表結(jié)構(gòu)相同)。在有的系統(tǒng)中,它還可能是以“/\n”這兩個(gè)字符結(jié)尾的字符串的集合。
很簡(jiǎn)單的一個(gè)結(jié)構(gòu),不過有兩個(gè)成員的長(zhǎng)度是不定的。怎么才能方便地從Lib中讀出這些數(shù)據(jù),留給大家自己想吧!下面我只給出一個(gè)進(jìn)行Little-Endian與Big-Endian互轉(zhuǎn)的函數(shù)。
inline void convert(void * p // 要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)的指針
,size_t size = 4 // 數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度,long為4,short為2
) {
char * buf=(char*)p;
char temp;
for ( size_t i=0;i<size/2;i++ ) {
temp=buf[i];
buf[i]=buf[size-i-1];
buf[size-i-1]=temp;
}
}
Second Sec
現(xiàn)在看看第二節(jié)。
這一節(jié)與第一節(jié)很相似!它通常也就是Lib文件的第二個(gè)節(jié)。它的名字也是“/”(注意:文件中第一個(gè)叫“/”的節(jié)是第一節(jié),第二個(gè)就是第二節(jié))。不過它的結(jié)構(gòu)與第一節(jié)有些不同,如下:
typedef struct {
unsigned long ObjNum; // Obj Sec的數(shù)量
unsigned long ObjOffset[x]; // 每一個(gè)Obj Sec的偏移
unsigned long SymbolNum; // 庫(kù)中符號(hào)的數(shù)量
unsigned short SymbolIdx[n]; // 符號(hào)在ObjOffset表中的索引
char StrTable[m]; // 符號(hào)名稱字符串表
}SecondSec;
第一個(gè)成員ObjNum是庫(kù)中Obj Sec的數(shù)量。
第二個(gè)成員ObjOffset是一個(gè)偏移表,它記錄了庫(kù)中所有Obj Sec的偏移。這個(gè)表的記錄數(shù)x就是ObjNum。
第三個(gè)成員SymbolNum與First Sec中的SymbolNum意義相同。
第四個(gè)成員SymbolIdx變成了一個(gè)索引,它記錄了相應(yīng)名稱字符串在ObjOffset這個(gè)表中的位置,我們要通過兩次索引才能找到我們所要符號(hào)的Obj Sec位置。它的項(xiàng)目數(shù)n為SymbolNum。但請(qǐng)注意,這個(gè)索引是unsigned short型,不再是unsigned long型。
第五個(gè)成員StrTable結(jié)構(gòu)與First Sec中的一樣。不過,它的長(zhǎng)度m為SectionHeader.Size的值減去((ObjNum+1)*4+(SymbolNum+2)*2)。
值得注意的是,這里的所有數(shù)據(jù)都是Little-Endian格式的。千萬不要弄錯(cuò)了!
Longname Sec
這個(gè)小節(jié)就是一個(gè)字符串表,它的名稱為“//”,其結(jié)構(gòu)同F(xiàn)irstSec.StrTable。這里就不多說了。
Obj Sec
這一節(jié)中的數(shù)據(jù)就是COFF文件的原始數(shù)據(jù),把它讀出來存成文件,就是一個(gè)COFF文件。它的格式請(qǐng)參考《COFF格式》一文。
要指出的是它的命名方式有些特殊。如果Obj文件的名稱少于16個(gè)字符,它就會(huì)被保存在SectionHeader的Name成員中,以‘/’字符結(jié)尾。如果無法保存在Name成員中,則Name成員的第一個(gè)字符就為‘/’,之后再跟上這個(gè)名稱在Longname Sec中的偏移。
例如:
!<arch>\n
……
LongName Sec:
This_Is_Long_Name0001\0
This_Is_Long_Name0002\0
……
Obj Sec1:
Name[16]:“shortname/”
……
Obj Sec2:
Name[16]:“/0” // 這里使用了第一個(gè)長(zhǎng)文件名This_Is_Long_Name0001
……
Obj Sec3:
Name[16]:“/22” // 這里使用了第二個(gè)長(zhǎng)文件名This_Is_Long_Name0002
……
OK!現(xiàn)在已經(jīng)介紹完了Lib文件的結(jié)構(gòu)。大家的連接器可以加新功能了。不過這里只給出了最基本的Lib文件結(jié)構(gòu),動(dòng)態(tài)連接庫(kù)(DLL)的導(dǎo)出庫(kù)有點(diǎn)特別,我將在PE文件格式中進(jìn)行詳細(xì)介紹。
posted on 2007-07-19 16:54
Charles 閱讀(2252)
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