ELF中全局变量的顺序

Question

我有一个带有四个全局变量的简单 C 程序：

$ cat example.c
int x;
int y;
int z;
int w;

int main()
{
    x = 5;
    y = 6;
    z = 7;
    w = 8;

    return x+y+z+w;
}

当我查看它们在 ELF 文件中的位置时，我 感到惊讶，因为根据它们的声明，它们没有组织： x, y, z, w。相反，它是 z (0x60102c), x(0x601030), w(0x601034), y(0x601038):

$ clang -g -O0 -o example example.c
$ objdump -S example | cat -n | sed -n '100,123p;124q'
   100  int main()
   101  {
   102    400460:   55                      push   %rbp
   103    400461:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   104    400464:   c7 45 fc 00 00 00 00    movl   [=11=]x0,-0x4(%rbp)
   105      x = 5;
   106    40046b:   c7 04 25 30 10 60 00    movl   [=11=]x5,0x601030
   107    400472:   05 00 00 00 
   108      y = 6;
   109    400476:   c7 04 25 38 10 60 00    movl   [=11=]x6,0x601038
   110    40047d:   06 00 00 00 
   111      z = 7;
   112    400481:   c7 04 25 2c 10 60 00    movl   [=11=]x7,0x60102c
   113    400488:   07 00 00 00 
   114      w = 8;
   115    40048c:   c7 04 25 34 10 60 00    movl   [=11=]x8,0x601034
   116    400493:   08 00 00 00 
   117  
   118      return x+y+z+w;
   119    400497:   8b 04 25 30 10 60 00    mov    0x601030,%eax
   120    40049e:   03 04 25 38 10 60 00    add    0x601038,%eax
   121    4004a5:   03 04 25 2c 10 60 00    add    0x60102c,%eax
   122    4004ac:   03 04 25 34 10 60 00    add    0x601034,%eax
   123    4004b3:   5d                      pop    %rbp

这是随意的吗？是否有特定的理由不组织他们根据他们的声明？谢谢！

Answer 1

您正在使用暂定定义（没有非零初始值设定项），因此编译器实际上并未确定数据布局。某处的文件中可能有一个定义（可能是用汇编程序编写的），它强加了与编译器在汇编程序文件中生成的顺序完全不同的顺序，然后 link 编辑器将被迫以特定顺序分配对象在输出部分。

在我的例子中，Clang 实际上产生了这个：

    .type   x,@object               # @x
    .comm   x,4,4
    .type   y,@object               # @y
    .comm   y,4,4
    .type   z,@object               # @z
    .comm   z,4,4
    .type   w,@object               # @w
    .comm   w,4,4

外部汇编程序（来自 GNU binutils）将其转换为（如 eu-readelf -s 所示；readelf -sW 应该同样有效）：

   18: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON x
   19: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON y
   20: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON z
   21: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON w

(COMMON 因为暂定定义。)

Clang 中的内部汇编器本身产生：

    8: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON w
    9: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON x
   10: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON y
   11: 0000000000000004      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT   COMMON z

在我的系统上，binutils 的 BFD ld 将其转换为：

   54: 000000000060102c      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       23 z
   55: 0000000000601030      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       23 x
   65: 0000000000601034      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       23 w
   66: 0000000000601038      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       23 y

奇怪的是，来自同一个 binutils (2.28) 版本的 gold 产生：

   25: 0000000000402014      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       24 w
   26: 0000000000402020      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       24 z
   27: 000000000040201c      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       24 y
   28: 0000000000402018      4 OBJECT  GLOBAL DEFAULT       24 x

我最好的猜测是，在 BFD ld 的情况下，它恰好是一些哈希 table 迭代顺序，而 gold 使用词典符号排序。

请注意，发生这种情况的主要原因是暂定定义和通用符号。汇编器和 link 编辑器不允许在同一节内对常规数据对象定义重新排序，因此如果禁用公共符号的使用，您将获得编译器在汇编器输出中生成的任何内容。对象定义顺序在语言标准中仍然没有定义，但是你可以查看编译器手册是否有额外的保证。

ELF中全局变量的顺序

Order of global variables in ELF

c

global-variables

elf