可执行文件和可链接文件(.elf)与目标文件(.o)之间的区别

Question

我在Linux的gcc手册（man gcc）中查找-c选项（gcc -c infile），该选项说明如下：

-c：编译或汇编源文件，但不进行链接。不执行链接阶段。每个源文件的最终输出形式是一个目标文件。
默认情况下，源文件的目标文件名是通过将后缀.c、.i、.s等替换为.o而生成的。

此外，在检查ELF文件和目标文件（用file命令）时，输出结果相同：

file ./out/main.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Atmel AVR 8-bit, version 1 (SYSV), not stripped
file ./out/main.elf: ELF 32-bit LSB executable, Atmel AVR 8-bit, version 1 (SYSV), statically linked, not stripped

因此，它们都具有相同的描述。

• 两个文件之间的实际区别是什么？如果我有多个源文件呢？
• 正确的文件是哪一个，如何生成它？
• 我需要对象文件吗，还是它们只是中间文件？
• 如果我使用-c选项和一些标志（-Wall -g -std=c99 -Os）编译一些源文件并从中获取对象文件，那么这些标志是否在生成ELF文件时保留（如果我在对象文件上使用了它们，那么在生成ELF文件时是否可以跳过这些标志）？

- Upgrade

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不同的描述：一个是“可重定位”的，另一个是“可执行”的。 - rodrigo

哪一个是可重定位的，哪一个是可执行的？ - Upgrade

在 file 输出中可见：.o 文件是 ELF 32-bit LSB 可重定位 的。 - rodrigo

哦，谢谢你的提示，我太糊涂了 :) - Upgrade

Answer 1

让我们举一个简单的例子。你有三个文件： cnt.h

void inc_counter();
void print_counter();

cnt.c

#include <stdio.h>
#include <cnt.h>

static int counter= 0;

void inc_counter() {
    couner++;
}

void print_counter() {
    printf("Counter: %d\n", counter);
}

main.c

#include <counter.h>

int main(char** args) {
    inc_counter();
    print_counter();
    return 0;
}

您可以先编译 cnt.c 和 main.c 文件，生成 cnt.o 和 main.o 文件。

• cnt.o 文件包含用于执行 get_counter 和 inc_counter 函数的可执行代码。每个函数都有一个入口点。但是该代码无法执行。由于还不知道 printf 的地址，因此调用 printf 将无法工作。因此文件包含的信息需要在以后修复。
• main.o 文件包含用于执行 main 函数和其入口点的可执行代码。同样，对于 inc_counter 和 print_counter 的引用将无法工作。

第二步，将链接文件 cnt.o、main.o 和标准 C 库，并创建一个可执行输出文件（带有 .elf 扩展名或没有扩展名）。链接器将创建调用 inc_counter 函数和实际的 inc_counter 函数之间缺失的链接。它也会为 print_counter 和 printf 创建相同的链接，从而包括来自标准库的 printf 代码。

因此，虽然这两种文件类型主要由可执行代码组成，但 .o 文件仅包含代码片段，而 .elf 文件包含完整的程序。

注意：当您创建或使用动态链接库时，还有其他变体。但是为了简单起见，我已将它们排除在外。

- Codo

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正如我之前所问，你能帮助我或指向一些生成.map文件的文档吗？更重要的是，*.out扩展名的文件是什么？ - Upgrade

Answer 2

• 这两个文件有什么实际区别？在我有多个源文件的情况下呢？

.o文件包含了一个源代码（编译单元）的已编译代码，但它还不能直接运行：它可能包含对来自库或其他目标文件的外部符号的引用。

• 应该运行哪个文件？如何生成它？

那就是可执行文件（Windows上为.exe）。它由链接阶段（由链接器）生成，该阶段搜索库和其他目标文件以解析.o文件中的外部引用。

• 我需要目标文件吗，还是它们只是中间文件？

是的，你需要它们才能将它们链接起来，但它们只是中间文件。

• 如果我使用-c选项和一些标志（-Wall -g -std=c99 -Os）编译一些源文件，并从中获取对象文件，那么这些标志是否会保留在ELF文件生成中（如果我在对象文件中使用了它们，可以跳过在生成ELF文件时使用这些标志吗）？

一些标志“持久存在”，因为它们确定了.o文件，但并非全部。 -Wall 仅在编译期间提供警告，-Os 指定某种类型的优化，这将导致具有对代码执行的某些优化的 .o 文件。

- Paul Ogilvie

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Unix 不使用扩展名来表示可执行文件（它使用权限位）。.a是存档文件的扩展名。 - Jens

谢谢您的快速回答，更重要的是，您能告诉我/指导我如何生成.map文件吗？我猜它们是在链接阶段生成的一些辅助文件（当使用链接器时，我是对的吗？） - Upgrade

不，我不能因为我不知道gcc。但是你可以阅读文档。 - Paul Ogilvie

在链接步骤中使用@Upgrade -Xlinker -Map=output.map。 - Antti Haapala -- Слава Україні

他们将列出符号。 - Antti Haapala -- Слава Україні

最后一个问题。如上所述，有些标志是持久的，我能找到每个标志及其持久性的详细信息吗？ - Upgrade