【Linux】GCC程序開發工具(中)

00. 目錄

01. GCC的二進制工具

在GCC的開發環境中，除了基本程序生成的編譯、鏈接工具，還有其它一系列二進制的工具可以使用。

ar 歸檔工具

readelf 讀取ELF格式文件信息

strings 查看字符串

nm 顯示符號信息

strip 刪除符號

02. ar命令

ar工具用於建立、修改、提取歸檔文件(archive)。一個歸檔文件是包含多個目標文件的單個文件，它也被稱爲靜態庫。歸檔文件的結構保證了可以從中檢索並得到原始的被包含的文件，也就是這個歸檔文件的成員。被包含的原始文件的內容、模式(權限)、時間戳、所有者和組等屬性都保存在歸檔文件中，在提取後，可以恢復原始文件的相關屬性。

2.1 ar用法命令

Usage: ar [emulation options] [-]{dmpqrstx}[abcDfilMNoOPsSTuvV] [--plugin <name>] [member-name] [count] 
	   archive-file file...
       ar -M [<mri-腳本]
 命令：
  d            - 從歸檔文件中刪除文件
  m[ab]        - 在歸檔文件中移動文件
  p            - 打印在歸檔文件中找到的文件
  q[f]         - 將文件快速追加到歸檔文件中
  r[ab][f][u]  - 替換歸檔文件中已有的文件或加入新文件
  s            - 作爲 ranlib 工作
  t[O][v]      - display contents of the archive
  x[o]         - 從歸檔文件中分解文件
 特定命令修飾符：
  [a]          - 將文件置於 [成員名] 之後
  [b]          - 將文件置於 [成員名] 之前 (於 [i] 相同)
  [D]          - 將 0 用於時間戳和 uid/gid（默認）
  [D]          - 使用實際時間戳和 uid/gid
  [N]          - 使用名稱的實例 [數量]
  [f]          - 截去插入的文件名稱
  [P]          - 在匹配時使用完整的路徑名
  [o]          - 保留原來的日期
  [O]          - display offsets of files in the archive
  [u]          - 只替換比當前歸檔內容更新的文件
 通用修飾符：
  [c]          - 不在必須創建庫的時候給出警告
  [s]          - 創建歸檔索引 (cf. ranlib)
  [S]          - 不要創建符號表
  [T]          - 產生一個簡單歸檔
  [v]          - 輸出較多信息
  [V]          - 顯示版本號
  @<file>       - 從 <file> 讀取選項
  --target=BFDNAME - 指定目標對象格式爲 BFDNAME
  --output=DIRNAME - specify the output directory for extraction operations
 可選項：
  --plugin <p> - 加載指定的插件程序

2.2 用法示例

在GCC工具系列中，ar工具常用於生成靜態庫(static lib)文件。

生成靜態庫

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -rv libtest.a add.o sub.o mul.o div.o 
ar: 正在創建 libtest.a
a - add.o
a - sub.o
a - mul.o
a - div.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

2.3 查看已經生成的靜態庫的內容

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -t libtest.a 
add.o
sub.o
mul.o
div.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

2.4 對於一個已經生成的靜態庫，再次調用ar可以替換靜態庫中的內容

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -rv libtest.a  add.o sub.o
r - add.o
r - sub.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

2.5 使用ar工具加-d選項，可以刪除庫中的成員

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -d libtest.a add.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -t libtest.a 
sub.o
mul.o
div.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

2.6 追加文件到歸檔文件中

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -rv libtest.a add.o
a - add.o
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

2.7 提取其中的各個目標文件

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ar -x libtest.a 
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ ls -l *.o
-rw-r--r-- 1 deng deng 1368 6月  15 22:38 add.o
-rw-r--r-- 1 deng deng 1368 6月  15 22:38 div.o
-rw-r--r-- 1 deng deng 1368 6月  15 22:38 mul.o
-rw-r--r-- 1 deng deng 1368 6月  15 22:38 sub.o

03. readelf命令

readelf用來顯示ELF格式文件的信息，可通過參數選項來控制顯示那些特定信息。readelf工具的使用方式如下所示：

deng@itcast:~$ readelf --help
用法：readelf <選項> elf-文件
 顯示關於 ELF 格式文件內容的信息
 Options are:
  -a --all               顯示所有，等價於-h -l -S -s -r -d -V -A -I
  -h --file-header       顯示ELF文件頭信息
  -l --program-headers   顯示ELF程序頭
     --segments          --program-headers的別名
  -S --section-headers   Display the sections' header 顯示節頭
     --sections          --section-headers的別名
  -g --section-groups    Display the section groups
  -t --section-details   Display the section details
  -e --headers           Equivalent to: -h -l -S
  -s --syms              顯示符號表
     --symbols           An alias for --syms
  --dyn-syms             Display the dynamic symbol table
  -n --notes             顯示核心註釋
  -r --relocs            顯示重定向信息
  -u --unwind            顯示unwind信息
  -d --dynamic           顯示動態段
  -V --version-info      顯示版本節
  -A --arch-specific     顯示體系架構特定信息
  -c --archive-index     Display the symbol/file index in an archive
  -D --use-dynamic       顯示信息使用動態節
  -x --hex-dump=<number|name>
                         Dump the contents of section <number|name> as bytes
  -p --string-dump=<number|name>
                         Dump the contents of section <number|name> as strings
  -R --relocated-dump=<number|name>
                         Dump the contents of section <number|name> as relocated bytes
  -z --decompress        Decompress section before dumping it
  -w[lLiaprmfFsoRtUuTgAckK] or
  --debug-dump[=rawline,=decodedline,=info,=abbrev,=pubnames,=aranges,=macro,=frames,
               =frames-interp,=str,=loc,=Ranges,=pubtypes,
               =gdb_index,=trace_info,=trace_abbrev,=trace_aranges,
               =addr,=cu_index,=links,=follow-links]
                         Display the contents of DWARF debug sections
  --dwarf-depth=N        Do not display DIEs at depth N or greater
  --dwarf-start=N        Display DIEs starting with N, at the same depth
                         or deeper
  --ctf=<number|name>    Display CTF info from section <number|name>
  --ctf-parent=<number|name>
                         Use section <number|name> as the CTF parent

  --ctf-symbols=<number|name>
                         Use section <number|name> as the CTF external symtab

  --ctf-strings=<number|name>
                         Use section <number|name> as the CTF external strtab

  -I --histogram         顯示柱狀圖
  -W --wide              對超過80列的輸出設備指定一些行的格式
  @<file>                Read options from <file>
  -H --help              顯示幫助信息
  -v --version           Display the version number of readelf
將 bug 報告到 <http://www.sourceware.org/bugzilla/>

3.1 顯示目標文件ELF文件頭信息

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ readelf -h add.o
ELF 頭：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  類別:                              ELF64
  數據:                              2 補碼，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI 版本:                          0
  類型:                              REL (可重定位文件)
  系統架構:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口點地址：               0x0
  程序頭起點：          0 (bytes into file)
  Start of section headers:          600 (bytes into file)
  標誌：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           0 (bytes)
  Number of program headers:         0
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         12
  Section header string table index: 11
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

3.2 顯示共享庫頭信息

deng@itcast:~/share/3rd/3share_lib$ readelf -h libtest.so 
ELF 頭：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  類別:                              ELF64
  數據:                              2 補碼，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI 版本:                          0
  類型:                              DYN (共享目標文件)
  系統架構:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口點地址：               0x1040
  程序頭起點：          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          14208 (bytes into file)
  標誌：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         11
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         25
  Section header string table index: 24
deng@itcast:~/share/3rd/3share_lib$ 

3.3 顯示可執行文件頭信息如下

deng@itcast:~/share/3rd/4share_test$ readelf -h main
ELF 頭：
  Magic：   7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 
  類別:                              ELF64
  數據:                              2 補碼，小端序 (little endian)
  Version:                           1 (current)
  OS/ABI:                            UNIX - System V
  ABI 版本:                          0
  類型:                              DYN (共享目標文件)
  系統架構:                          Advanced Micro Devices X86-64
  版本:                              0x1
  入口點地址：               0x10e0
  程序頭起點：          64 (bytes into file)
  Start of section headers:          14816 (bytes into file)
  標誌：             0x0
  Size of this header:               64 (bytes)
  Size of program headers:           56 (bytes)
  Number of program headers:         13
  Size of section headers:           64 (bytes)
  Number of section headers:         31
  Section header string table index: 30
deng@itcast:~/share/3rd/4share_test$ 

04. strings命令

strings是一個簡單的工具，用於查看文件中的字符串。

deng@itcast:~/share/3rd/4share_test$ strings --help
用法：strings [選項] [文件]
 打印 [文件] (默認爲標準輸入) 中可打印的字符串
 選項爲：
  -a - --all                掃描整個文件，而不是數據段
  -d --data                 掃描數據段
  -f --print-file-name      在字符串前面打印文件的名字
  -n --bytes=[number]       定位和打印任何以NUL結束的序列，至少number個字節，默認爲4個字節
  -<number>                   least [number] characters (default 4).
  -t --radix={o,d,x}        基於八、十、十六進制打印字符串
  -w --include-all-whitespace Include all whitespace as valid string characters
  -o                        An alias for --radix=o
  -T --target=<BFDNAME>     指定二進制文件的格式
  -e --encoding={s,S,b,l,B,L} 選擇字符大小
                            s = 7-bit, S = 8-bit, {b,l} = 16-bit, {B,L} = 32-bit
  -s --output-separator=<string> String used to separate strings in output.
  @<file>                   Read options from <file>
  -h --help                 顯示strings的所有選項然後退出
  -v -V --version          顯示strings的版本號然後退出
deng@itcast:~/share/3rd/4share_test$ 

4.1 查看目標文件中的字符串

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ strings  add.o 
GCC: (Ubuntu 9.3.0-10ubuntu2) 9.3.0
add.c
.symtab
.strtab
.shstrtab
.text
.data
.bss
.comment
.note.GNU-stack
.note.gnu.property
.rela.eh_frame
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

05. nm命令

nm工具用於顯示文件中的符號，可以用於各種ELF格式的文件。使用nm查看前面的目標文件(可重定向文件)，將顯示符號及其相關內容。

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ nm --help
用法：nm [選項] [文件]
 列舉 [文件] 中的符號 (默認爲 a.out)。
 The options are:
  -a, --debug-syms       只顯示調試符號
  -A, --print-file-name  在每個符號前打印輸入文件的名稱
  -B                     Same as --format=bsd
  -C, --demangle[=STYLE] 將底層的符號解碼位用戶層的符號。
						 The STYLE, if specified, can be `auto' (the default),
						 `gnu', `lucid', `arm', `hp', `edg', `gnu-v3', `java'
						  or `gnat'
      --no-demangle      不解析底層符號
      --recurse-limit    Enable a demangling recursion limit.  This is the default.
      --no-recurse-limit Disable a demangling recursion limit.
  -D, --dynamic          顯示動態符號而不是普通符號。對動態目標文件有意義。
      --defined-only     只顯示定義的符號
  -e                     (ignored)
  -f, --format=FORMAT    使用輸出的格式  FORMAT can be `bsd',
                           `sysv' or `posix'.  The default is `bsd'
  -g, --extern-only      只顯示外部符號
  -l, --line-numbers     對每個符號，使用調試信息去視圖找到文件名符號。對於已定義的符號，查找符號地址的行號。
  						 對於未定義的符號，查找指定符號重定位入口的行號。如果可以找到行號信息，
  						 在其它符號信息之後顯示該信息。
  -n, --numeric-sort     按符號對應地址的順序排序，而不是按符號名的字符順序
  -o                     Same as -A
  -p, --no-sort          不以任何順序對符號進行排序
  -P, --portability      Same as --format=posix
  -r, --reverse-sort     反轉排序的順序(按照數字或者字母順序)顯示
      --plugin NAME      Load the specified plugin
  -S, --print-size       Print size of defined symbols
  -s, --print-armap      列出歸檔文件中成員的符號時包含索引,即名字和包含該名字定義的模塊的映射
      --size-sort        按照大小排列符號順序，改大小是按照一個符號的值與它下一個符號的值進行計算
      --special-syms     包括輸出特殊符號
      --synthetic        顯示綜合符號
  -t, --radix=RADIX      Use RADIX for printing symbol values
      --target=BFDNAME   Specify the target object format as BFDNAME
  -u, --undefined-only   僅顯示沒有定義的符號(那些目標文件中的外部符號)
      --with-symbol-versions  Display version strings after symbol names
  -X 32_64               (ignored)
  @FILE                  Read options from FILE
  -h, --help             Display this information
  -V, --version          Display this program's version number

nm符號類型

符號類型	含義
A	Absolute 符號的值是絕對值，並且不會被將來的連接所改變
B	BSS 符號位於未初始化數據段
C	Common 符號是公共。公共符號是未初始化的數據。在連接時，多個公共符號可能以相同的名字出現。如果符號在其它地方被定義，該符號會被當做未定義的引用來處理。
D	Data，符號位於已經初始化數據部分
N	調試符號
R	ReadOnly Data 符號位於只讀數據段
T	Text 符號位於代碼段
U	Undefined 未被定義的符號
W	Weak 弱定義符號，也稱爲弱符號。當一個弱定義符號和一個已定義的普通符號連接時，使用該以定義的普通符號不會引起錯誤。當一個未定義的弱符號被連接且該符號位被定義時，該Weak符號變爲零，並且不會產生錯誤。

在nm顯示的符號中，小寫字母表示這個符號是局部符號，大寫字母表示這個符號是全局符號。

5.1 查看目標文件中的符號

deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ nm add.o 
0000000000000000 T add
deng@itcast:~/share/3rd/1static_lib$ 

5.2 查看共享庫中的符號

deng@itcast:~/share/3rd/3share_lib$ nm libtest.so 
00000000000010f9 T add
0000000000004020 b completed.8059
                 w __cxa_finalize
0000000000001040 t deregister_tm_clones
00000000000010b0 t __do_global_dtors_aux
0000000000003e88 d __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0000000000004018 d __dso_handle
0000000000003e90 d _DYNAMIC
0000000000001158 t _fini
00000000000010f0 t frame_dummy
0000000000003e80 d __frame_dummy_init_array_entry
0000000000002118 r __FRAME_END__
0000000000004000 d _GLOBAL_OFFSET_TABLE_
                 w __gmon_start__
0000000000002000 r __GNU_EH_FRAME_HDR
0000000000001000 t _init
                 w _ITM_deregisterTMCloneTable
                 w _ITM_registerTMCloneTable
0000000000001127 T mul
000000000000113e T mydiv
0000000000001070 t register_tm_clones
0000000000001111 T sub
0000000000004020 d __TMC_END__
deng@itcast:~/share/3rd/3share_lib$ 

5.3 查看可執行文件中的符號

deng@itcast:~/share/3rd/2static_test$ nm main 
00000000000011f2 T add
0000000000004010 B __bss_start
0000000000004010 b completed.8059
                 w __cxa_finalize@@GLIBC_2.2.5
0000000000004000 D __data_start
0000000000004000 W data_start
0000000000001090 t deregister_tm_clones
0000000000001100 t __do_global_dtors_aux
0000000000003dc0 d __do_global_dtors_aux_fini_array_entry
0000000000004008 D __dso_handle
0000000000003dc8 d _DYNAMIC
0000000000004010 D _edata
0000000000004018 B _end
00000000000012c8 T _fini

06. strip命令

strip工具用於刪除文件中的符號。使用strip既可以刪除目標文件中的某個符號，也可以刪除整個節。使用strip至少要有一個輸入文件，也可以輸入一個文件列表。

strip命令用法如下

deng@itcast:~/share/3rd/3share_lib$ strip --help
用法：strip <選項> 輸入文件
 從文件中刪除符號和節
 選項爲：
  -I --input-target=<bfdname>      默認所有輸入文件爲<bfdname>格式
  -O --output-target=<bfdname>     建立<bfdname>格式的輸出文件
  -F --target=<bfdname>            Set both input and output format to <bfdname>
  -p --preserve-dates              保留時間戳信息
  -D --enable-deterministic-archives
                                   Produce deterministic output when stripping archives (default)
  -U --disable-deterministic-archives
                                   Disable -D behavior
  -R --remove-section=<name>       刪除名稱爲<name>的節
     --remove-relocations <name>   Remove relocations from section <name>
  -s --strip-all                   刪除所有的節
  -g -S -d --strip-debug           刪除所有符號和重定向信息
     --strip-dwo                   Remove all DWO sections
     --strip-unneeded              刪除所有重定向不需要的節
     --only-keep-debug             Strip everything but the debug information
  -M  --merge-notes                Remove redundant entries in note sections (default)
      --no-merge-notes             Do not attempt to remove redundant notes
  -N --strip-symbol=<name>         刪除名稱爲name的符號
     --keep-section=<name>         Do not strip section <name>
  -K --keep-symbol=<name>          保留名稱爲name的符號
     --keep-file-symbols           Do not strip file symbol(s)
  -w --wildcard                    Permit wildcard in symbol comparison
  -x --discard-all                 刪除所有非全局符號
  -X --discard-locals              刪除所有編譯產生的符號
  -v --verbose                     顯示所有修改的文件
  -V --version                     Display this program's version number
  -h --help                        Display this output
     --info                        List object formats & architectures supported
  -o <file>                        輸出文件爲file

6.1 使用strip刪除main文件中的符號，輸出爲main_stripped文件。

# main_stripped是被刪除了符號的可執行程序。
deng@itcast:~/projects/Project1$ strip main -o main_stripped
deng@itcast:~/projects/Project1$ ls -lh main main_stripped 
-rwxrwxr-x 1 deng deng 17K 6月  18 20:11 main
-rwxrwxr-x 1 deng deng 15K 6月  18 20:11 main_stripped
deng@itcast:~/projects/Project1$ 

# main_stripped中已經不包含任何符號
deng@itcast:~/projects/Project1$ nm main_stripped 
nm: main_stripped：無符號
deng@itcast:~/projects/Project1$ 

6.2 使用file命令對比main和main_stripped兩個文件

deng@itcast:~/projects/Project1$ file main
main: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, 
interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=655998d8473f3943b09638ea12e6bb148838c2e1, 
for GNU/Linux 3.2.0, not stripped

deng@itcast:~/projects/Project1$ file main_stripped 
main_stripped: ELF 64-bit LSB shared object, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-
linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=655998d8473f3943b09638ea12e6bb148838c2e1, for GNU/Linux 3.2.0, stripped
deng@itcast:~/projects/Project1$ 

友情提示：

strip工具在嵌入式這種存儲空間非常有限的系統中很有用，它可以極大程度的減少程序的體積，去掉複雜的符號表，因爲符號表主要用於調試，所以可以再PC上調試完成後，燒寫到目標板之前就直接利用strip命令。

07. 附錄

7.1【Linux】GCC程序開發工具(上)
7.2 【Linux】GCC程序開發工具(中)
7.3 【Linux】GCC程序開發工具(下)