COFF格式續(xù)篇—Lib文件的結(jié)構(gòu)
上一篇文章介紹了COFF目標(biāo)文件的結(jié)構(gòu)。如果你試著做一個應(yīng)用程序的連接器（Linker），就會發(fā)現(xiàn)，僅僅有目標(biāo)文件是不夠的。我們在連接程序時，不僅僅要用到目標(biāo)文件，庫文件也是必不可少的。
庫文件是怎么樣的結(jié)構(gòu)呢？
其實，庫文件的結(jié)構(gòu)也很簡單。它就是“一堆”目標(biāo)文件的集合。把目標(biāo)文件做成庫以后，我們在使用目標(biāo)文件中所實現(xiàn)的功能時，連接程序會自動在庫文件里查找相應(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只是一個標(biāo)識，它相當(dāng)于COFF目標(biāo)文件中的魔法數(shù)字。它是一個長度為8的字符串，值為“!<arch>\n”。
First Sec，顧名思義，就是第一個節(jié)。它包含了庫中所有的符號名以及這些符號所在的目標(biāo)文件在庫中的位置（絕對偏移）。
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是一個有序表，通過它來查找?guī)熘械姆柋韧ㄟ^First Sec來查找要快很多。 |
| Signature |
| First Sec |
| Second Sec |
| Longname Sec |
| Obj Sec1 |
| Obj Sec2 |
| …… |
|
Longname Sec是長名稱節(jié)。這一節(jié)是一個字符串表。它包含了所有長目標(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)中存儲著不同的目標(biāo)文件的原始數(shù)據(jù)。 在庫文件中，每一節(jié)都有兩個部分。一個部分是頭，另一個部分才是該節(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]; // 時間
char UserID[6]; // 用戶ID
char GroupID[6]; // 組ID
char Mode[8]; // 模式
char Size[10]; // 長度
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，因為在不同的機(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?。空埧次业摹禖OFF格式》一文，其中的文件頭一節(jié)有說明）。用字符串就不會有這種問題（后面我們將會遇到）。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，多了一個步驟。
在這個結(jié)構(gòu)中，最常用的Name、Size以及EndOfHeader三個成員。Name就是節(jié)的名稱啦！Size也很好理解，就是該節(jié)數(shù)據(jù)的長度。現(xiàn)在要注意的就是這個EndOfHeader成員了！這個成員標(biāo)志著頭的結(jié)束，其內(nèi)容為“`\n”（注意，這里沒有打錯，是兩個字符“`”和“\n”）。怎么樣？有點奇怪吧？為什么要有這個結(jié)束符？每一節(jié)的頭長度一定，每節(jié)中的數(shù)據(jù)長度也知道。按順序向下讀不行嗎？答案是：不行！因為每一節(jié)之間存在間隙！通常是一個字節(jié)或零個字節(jié)。如果是零個字節(jié)倒好，按順序向下讀是OK的。可是如果不為零的話，這樣讀就要錯位了。要知道錯位沒有，只好用一個結(jié)束符來定位了。如果在讀頭的時候發(fā)現(xiàn)結(jié)束符不對，那就要一個字節(jié)一個字節(jié)地向下查找，直到找到結(jié)束符，才能算是對齊了。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)就不存在這個問題。不會發(fā)生錯位，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; // 庫中符號的數(shù)量
unsigned long SymbolOffset[n]; // 符號所在目標(biāo)節(jié)的偏移
char StrTable[m]; // 符號名稱字符串表
}FirstSec;
第一個成員SymbolNum是符號的數(shù)量。注意！它是以Big-Endian方式儲存的（x86平臺上的數(shù)據(jù)是以Little-Endian方式儲存的。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）。
第二個成員SymbolOffset是一個數(shù)組，它的長度n就是符號的數(shù)量，也就是SymbolNum。這個數(shù)組儲存了每一個符號所在的目標(biāo)節(jié)的偏移。我們可以方便地通過它來查找符號所在的目標(biāo)文件。注意！它也是以Big-Endian格式儲存的。
第三個成員StrTable是一個字符串表，它的長度m就是SectionHeader.Size的值減去（SymbolNum+1）*4。其結(jié)構(gòu)很簡單，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”這兩個字符結(jié)尾的字符串的集合。
很簡單的一個結(jié)構(gòu)，不過有兩個成員的長度是不定的。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文件的第二個節(jié)。它的名字也是“/”（注意：文件中第一個叫“/”的節(jié)是第一節(jié)，第二個就是第二節(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Obj Sec的偏移
unsigned long SymbolNum; // 庫中符號的數(shù)量
unsigned short SymbolIdx[n]; // 符號在ObjOffset表中的索引
char StrTable[m]; // 符號名稱字符串表
}SecondSec;
第一個成員ObjNum是庫中Obj Sec的數(shù)量。
第二個成員ObjOffset是一個偏移表，它記錄了庫中所有Obj Sec的偏移。這個表的記錄數(shù)x就是ObjNum。
第三個成員SymbolNum與First Sec中的SymbolNum意義相同。
第四個成員SymbolIdx變成了一個索引，它記錄了相應(yīng)名稱字符串在ObjOffset這個表中的位置，我們要通過兩次索引才能找到我們所要符號的Obj Sec位置。它的項目數(shù)n為SymbolNum。但請注意，這個索引是unsigned short型，不再是unsigned long型。
第五個成員StrTable結(jié)構(gòu)與First Sec中的一樣。不過，它的長度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。千萬不要弄錯了！
Longname Sec 這個小節(jié)就是一個字符串表，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COFF文件。它的格式請參考《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個字符，它就會被保存在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成員的第一個字符就為‘/’，之后再跟上這個名稱在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” // 這里使用了第一個長文件名This_Is_Long_Name0001
……
Obj Sec3:
Name[16]：“/22” // 這里使用了第二個長文件名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)，動態(tài)連接庫（DLL）的導(dǎo)出庫有點特別，我將在PE文件格式中進(jìn)行詳細(xì)介紹。