GCC编译器原理（一）------GCC 工具：addr2line、ar、as、c++filt和elfedit

1.3 GCC 工具

1.3.1 binutils 工具集

工具	描述
addr2line	给出一个可执行文件的内部地址，addr2line 使用文件中的调试信息将地址翻译成源代码文件名和行号。
ar	这是一个程序，可通过从文档中增加、删除和析取文件来维护库文件。通常使用该工具是为了创建和管理连接程序使用的目标库文档。
as	GNU 汇编器。实际上它是一族汇编器，因为它可以被编译或能够在各种不同平台上工作。
c++filt	程序接受被 C++编译程序转换过的名字（不是被重载的），而且将该名字翻译成初始形式。
elfedit	更新 ELF 文件的 ELF 头。
gprof	该程序会监督编译程序的执行过程，并报告程序中各个函数的运行时间，可以根据所提供的配置文件来优化程序。
ld	GNU 连接程序。该程序将目标文件的集合组合成可执行程序。
ld.bfd	到 ld 的硬链接。
libbfd	二进制文件描述器库。该程序是 binutils 包的一部分
libiberty	包含多个 GNU 程序会使用的途径，包括 getopt、obstack、strerror、strtol 和 strtoul。
libopcodes	一个库，用于处理 opcodes——处理器指令的 "可读文本" 版本；用于编制 objdump 这样的工具。
nlmconv	将可重定位的目标文件转换成 NetWare 可加载模块（NetWare Loadable Module，NLM）。
nm	列出目标文件中定义的符号。
objcopy	将目标文件从一种二进制格式复制和翻译到另外一种。
objdump	显示一个或多个目标文件中保存的多种不同信息。
ranlib	创建和添加到 ar 文档的索引。该索引被 ld 使用来定位库中的模块。
readelf	从 ELF 格式的目标文件显示信息
size	列出目标文件中每个部分的名字和尺寸。
strings	浏览所有类型的文件，析取出用于显示的字符串。
strip	从目标文件或文档库中去掉符号表，以及其他调试所需的信息。
windres	Window 资源文件编译程序。

1.3.2 addr2line：地址翻译工具

addr2line用于得到程序指令地址所对应的函数，以及函数所在的源文件名和行号。

参照对应工具的man和info信息，可以查找到详细信息。或者运行相应的工具并指定--help参数，可以获得该工具的简单帮助信息。

用法：addr2line [选项] [地址]

将地址转换成文件名/行号对。

如果没有在命令行中给出地址，就从标准输入中读取它们

选项是：@<file> 读取选项从 <file>

选项	描述
-a	--addresses 显示地址
-b	--target=<bfdname> 设置二进位文件格式
-e	--exe=<executable><name> 设置输入文件名称（默认为 a.out）
-i	--inlines 解开内联函数
-j	--section=<name> 读取相对于段的偏移而非地址
-p	--pretty-print 让输出对人类更可读
-s	--basenames 去除目录名
-f	--functions 显示函数名
-C	--demangle[=style] 解码函数名
-h	--help 显示本帮助

测试代码：main.c

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

void func(void)

{

printf("func() address is %p\n", func);

}

int main(int argc, char *argv[])

{

func();

return 0;

}

编译：gcc -g main.c -o main -Wall

执行：./main

根据地址找到对应的代码位置

1.3.3 ar：创建和管理连接程序使用的目标库文档

ar 命令的语法如下：ar [options] [positionname] [count] archive objectfile [objectfile ...]

options：选项标签，选项的字母表示之间没有空格，选项可通过（也可不通过）连字符来表达。
可选的命令行项目 positionname 和 count 只有当用到了某些需要它们的选项时才会出现。
ar 命令的选项分为两类：命令行选项告诉 ar 应该采取什么样的操作（有效命令行选项中的一个），以及修改子（modifier）选项指出如何执行该命令操作

指明操作的ar 选项：

选项	描述
d	从文档中删除模块 objectfiles。利用 v 修改子，列出的所有模块都要被删除
m	将模块移入文档内部。默认情况下，列举的所有 objectfiles 成员都会移到文档尾部。利用修改子 a、b 和 i 可将指定模块移到其他位置
p	将指定的目标文件 objectfiles 的二进制内容打印到标准输出上。如果没有指定目标文件objectfiles，就打印所有目标文件。修改子 v 会打印所有列在其内容之前的名字
q	将指定目标文件 objectfiles 快速附加到文档末尾，而不检查是否可以取代而不是一味添加。不会更新索引，因此 ranlib 必须在连接库之前使用
r	将指定目标文件 objectfiles 插入文档。如果指定的所有目标文件都已经在文档中了，就用新的替换老的。如果指定文档不存在，就会创建此文档。默认条件下，新的模块会添加到文件的末尾，但是修改子 a、b 或 i 可用来指定新模块的位置
t	显示一列文档文件的内容。修改子 v 会为该列表加上时间戳、所有者、组、以及每个模块的大小。如果没有指定目标文件 objectfiles，就会列出整个文档
x	将指定目标文件展开成正常的磁盘文件。如果没有指定目标文件，就会展开所有文件

修改子选项：

选项	描述
a	将新文件添加到命令行指定文件位置之后，该文件是作为位置文件的
b	将新文件添加到命令行指定文件位置之前，该文件是作为位置文件的。这和选项 i 一样
c	如果必要就创建文档。只要需要总会创建新的文档，但使用该选项会禁止警告消息
f	截断文档内的文件名。通常 ar 允许任意长度的文件名，可是这样会导致文档的创建过程在某些系统中不能相互兼容
i	立即将所有新文件添加到命令行指定的文件位置之前。这和选项 b 一样
N	当文档中存在多个指定的目标文件时，count 参数可用来当作指定目标文件的选择子（selector）
o	当文件是从文档中展开时，原始日期可以得到保留
s	即使没有改动文档，也会创建新的文档索引。在 ar 中会单独使用修改子，这和使用 ranlib 的结果一样
u	当文件加入文档时，该选项说明只有比文档中现有文件更新的文件才会被添加。该修改子只有和选项 r 在一起才有效
v	按照详细模式运行，在运行处理过程中显示附加信息
V	显示版本信息，然后退出

1.3.4 as：GNU汇编器

它是 GNU 汇编器，主要用来编译 GNU C 编译器 gcc 输出的汇编文件，它将汇编代码转换成二进制代码，并存放到一个 object 文件中，该目标文件将由连接器 ld 连接

as的内部预处理主要包括三个方面的工作
- 调整和去除额外的间隔符，保留每行的关键字前的一个空格或者TAB，其他任意的间隔符都转换为一个空格。
- 去除所有注释，代之以一个空格，或者新行的合适的数字。
- 把字符常量转换成相应的数字值。
它不能做宏处理和文件包含处理，如果需要用，可以交给 C 预处理器来处理

语法：as(选项)(参数)

常用选项如下：

选项	描述
-ac	忽略失败条件；
-ad	忽略调试指令；
-ah	包括高级源；
-al	包括装配；
-am	包括宏扩展；
-an	忽略形式处理；
-as	包括符号；
=file	设置列出文件的名字；
--alternate	以交互宏模式开始；
-f	跳过空白和注释预处理；
-g	产生调试信息；
-J	对于有符号溢出不显示警告信息；
-L	在符号表中保留本地符号；
-o	指定要生成的目标文件；
--statistics	打印汇编所用的最大空间和总时间。

例子：as -o main.o main.s –32，编译32位的汇编代码

1.3.5 c++filt：修复 C++ 和 Java 符号

主要是为了防止 C++ 和 Java 中的多个函数名重复产生的重载问题。由于每个重载函数都使用与原函数相同的名称，因此，支持函数重载的语言必须拥有一种机制，以区分同一个函数的许多重载版本。

c++filt 将每个输入的名称看成是改编后的名称，并设法确定用于生成该名称的编译器。

如果这个名称是一个合法的改编名称，那么，c++filt 就输出改编之前的名称；如果c++filt无法识别一个改编名称，那它就按原样输出该名称。

不关注除 C 语言之外的语言，命令选项查看 man 手册

1.3.6 elfedit：检查或编辑 ELF 文件

elfedit 是一个用于检查或修改现有 ELF 目标文件内容的工具。可以访问目标文件中包含的大多数 ELF 数据，这些数据包括 ELF 头、节头表、程序头表、动态节、硬件和软件功能、字符串表和符号表。

elfedit 可以处理来自命令行（–e 选项）或标准输入的命令。如果标准输入是一个终端，elfedit 可提供终端编辑功能以及涵盖大量命令的命令补齐功能。ELF 对特殊整数值和位掩码使用许多标准符号名称。elfedit 可识别此类名称的最有可能的完整形式。在输入 elfedit 命令时，可以随时按 TAB 键，令 elfedit 显示用法消息以及当前光标处文本的任意已知完整形式。

elfedit 功能以模块形式组织。每个模块提供一组命令，这些命令针对相关功能。通过使用冒号 (:) 分隔符将模块和命令名称组合到一起（中间无空格）来指定命令。例如，dyn:runpath 指的是由 dyn 模块提供的 runpath 命令。模块名称必须是唯一的。给定模块中的命令名称在该模块中必须唯一，但可在多个模块中使用相同的命令名称。

某些模块将模块内的某个命令指定为该模块的缺省命令。用户只需指定模块名称，就可运行此命令。大多数 elfedit 模块均提供一个名为 dump 的命令，它针对模块涵盖的 ELF 文件部分生成的信息与 elfdump 实用程序所显示的信息相同。通常，模块会将 dump 指定为其缺省命令。

用于执行 elfedit 命令的语法在设计上采用类似 UNIX 命令行实用程序的语法，这样任何会使用 UNIX 命令行实用程序的人都可以方便地使用 elfedit 命令。该语法由空格分隔的标记组成：第一个标记是命令名称。选项（即以连字符 (-) 开头的参数）跟在命令后面。纯参数（操作数）跟在选项后面。一个给定的命令可以有 0 个或多个选项和操作数，但是如果它们同时存在，选项始终位于纯参数前面。可使用特殊选项 --（两个连字符）来限定选项的结尾。如果遇到此选项，其余所有参数均被视为纯参数，即使它们以 - 开头。

elfedit 标记中的字符的解释取决于所用的引用格式：

引用格式	描述
非引用	单引号 (') 或双引号 (") 外面的反斜杠 (\) 充当转义符。elfedit 发现反斜杠字符时会将其忽略，并按字面意思处理反斜杠后面的字符（即使它后面的字符为反斜杠）。此功能可用于在命令的字符串参数中插入一个空白字符，从而无需将一个字符串分为两个单独的标记。同样，它可用于插入一个引号或反斜杠作为文本字符。
单引号	在单引号 (') 中，空白字符不用于分隔标记，且会被解释为标记内部的文本字符。双引号 (") 和反斜杠 (\) 字符会被解释为文本字符，无特殊意义。
双引号	在双引号 (") 中，空白字符不用于分隔标记。单引号字符会被解释为文本，不具有引用功能。反斜杠 (\) 是一个转义字符，在字符串文本中，其作用与 C 编程语言中反斜杠的作用类似：
	\a 警报（响铃）
	\b 退格键
	\f 换页符
	\n 换行符
	\r 回车
	\t 水平制表符
	\v 垂直制表符
	\\ 反斜杠
	\' 单引号
	\" 双引号
	\ooo 八进制常量，其中 ooo 是 1 到 3 个八进制位 (0...7)
	在反斜杠后面跟有任何其他字符，均会出错。

核心命令均属于一个名为 sys 的内部模块。所有其他模块均打包为可动态装入的可共享目标文件。当执行需要某个模块的命令时或者当执行 sys:load 命令时，elfedit 会按需装入模块。由于 sys 模块特殊的内置状态，而且其命令使用频繁，所以 elfedit 命令允许在不加 sys: 前缀的情况下指定 sys 模块中的命令，例如，使用 load 而非 sys:load。要访问任何其他模块中的命令，必须采用 module:cmd 完整格式指定。

elfedit 随以下标准模块一起提供：

模块	描述
cap	功能节
dyn	动态节
ehdr	ELF 头
reloc	重定位节
phdr	程序头数组
shdr	节头数组
str	字符串表节
sym	符号表节
syminfo	Syminfo 节
sys	内置的核心 elfedit 命令

命令用法：elfedit [-adr] [-e cmd] [-L path] [-o default | simple | num] [infile] [outfile]

选项	描述
–a	启用 autoprint 模式。启用 autoprint 后，elfedit 将输出修改 ELF 文件后所生成的修改值。此输出以当前输出样式显示，可使用 –o 选项更改此样式。缺省输出样式是 elfdump(1) 实用程序使用的样式。以交互方式使用 elfedit 时，autoprint 模式为缺省模式（当 stdin 和 stdout 为终端时）。因此，仅当在非交互式上下文中使用 elfedit 时，–a 选项才有意义。要在交互式会话中禁用 autoprint，请使用 elfedit 命令：> set a off
–d	如果已设置，此选项可使 elfedit 发布信息性消息，说明其内部操作和要处理的 ELF 目标文件的详细信息。这在需要深入了解所执行的操作时非常有用。
–e cmd	指定一个编辑命令。可以指定多个 –e 选项。如果在命令行上指定了多个编辑命令，elfedit 将在批处理模式下运行。打开文件后，elfedit 按给定的顺序执行每个命令，然后保存修改的文件，最后 elfedit 退出。从 shell 脚本和 makefile 执行简单操作时，批处理模式非常有用。
–L path	设置用于定位 elfedit 模块的缺省路径。本手册页的"模块搜索路径"部分介绍了各个模块。
–o default \| simple \| num	用于显示 ELF 数据的样式。此选项用于确立会话的当前样式。可在 elfedit 会话中更改此样式，方法是使用 set (sys:set) 命令或向会话中执行的各个命令提供 –o 选项。
default	缺省样式是以适合用户查看的格式显示输出。此样式与 elfdump 实用程序使用的样式类似。
num	整数值始终以整数格式显示。字符串显示为在内含的字符串表中定位所用的整数偏移量。
simple	显示 ELF 文件中的字符串时，仅显示字符串。如果可能，整数值显示为符号常量，否则以整数格式显示。不显示任何标题、头或其他补充输出。
–r	只读模式。输入文件以只读访问模式打开，编辑会话的结果不会保存。指定了 –r 时，elfedit 不允许使用 outfile 参数。如果不打算修改文件，强烈建议使用只读模式。除了提供额外保护以防止意外修改外，该选项还允许检查用户没有写入权限的文件。

操作数支持：

操作数

描述

infile

包含要处理的 ELF 目标文件的输入文件。

此文件可以为可执行文件 (ET_EXEC)、共享目标文件 (ET_DYN) 或可重定位目标文件 (ET_REL)。不直接支持归档文件。要编辑归档中的目标文件，必须提取目标文件，编辑副本，然后将其重新插入到该归档文件。

如果未提供 infile，elfedit 将在限定模式下运行，此模式仅允许执行 sys: 模块中的命令。此模式主要用于访问 help (sys:help) 命令提供的命令文档。

如果提供了 infile，但未给定任何 outfile，elfedit 将就地编辑文件并将结果写入同一文件，这会导致原始文件内容被覆盖。通常，不建议以此模式使用 elfedit，建议指定输出文件。生成的文件经过测试和验证后，可将其移动到原始文件所在的位置。

–r 选项可用于以只读访问模式打开 infile。在检查不希望修改的现有文件时，此选项非常有用。

outfile

输出文件。如果同时提供了 infile 和 outfile，infile 将以只读访问模式打开，修改的目标文件内容会写入到 outfile 中。