COFF – 通用对象 文件格式(Common Object File Format),是一种很流行的对象 文件格式(注意:这里不说它是“目标” 文件,是为了和编译器产生的目标 文件(*.o/*.obj)相区别,因为这种格式不只用于目标 文件,库 文件、可执行 文件也经常是这种格式)。大家可能会经常使用 VC吧?它所产生的目标 文件(*.obj)就是这种格式。其它的编译器,如GCC(GNU Compiler Collection)、ICL(Intel C/C++ Compiler)、VectorC,也使用这种格式的目标 文件。不仅仅是C/C++,很多其它语言也使用这种格式的对象 文件。统一格式的目标 文件为混合语言编程带来了极大的方便。 当然,并不是只有这一种对象 文件格式。常用格式的还有OMF-对象模型 文件(Object Module File)以及ELF-可执行及连接 文件格式(Executable and Linking Format)。OMF是一大群IT巨头在n年制定的一种格式,在Windows平台上很常见。大家喜欢的Borland公司现在使用的目标 文件就是这种格式。MS和Intel在n年前用的也是这种格式,现在都改投异侧,用COFF格式了。ELF格式在非Windows平台上使用得比较多,在Windows平台基本上没见过。做为 程序员,很有必要认识一下这些你经常打交道的家伙!不过这次让我介绍COFF先!
COFF的文件结构 让我们先来看一下COFF 文件的整体结构,看看它到底长得什么样!
如左图: COFF文件一共有8种数据,自上而下分别为: 1. 文件头(File Header) 2. 可选头(Optional Header) 3. 段落头(Section Header) 4. 段落数据(Section Data) 5. 重定位表(Relocation Directives) 6. 行号表(Line Numbers) 7. 符号表(Symbol Table) 8. 字符串表(String Table) |
File Header |
Optional Header |
Section Header 1 |
...... |
Section Header n |
Section Data |
Relocation Directives |
Line Numbers |
Symbol Table |
String Table |
其中,除了段落头可以有多个节(因为可以有多个段落)以外,其它的所有类型的节最多只能有一个。
文件头:顾名思义,它就是COFF
文件的头,它用来保存COFF
文件的基本信息,如
文件标识,各个表的位置等等。
可选头:再顾名思义,它也是一个头,还是可选的,而且可有可无。在目标
文件中,基本上都没有这个头;但在其它的
文件中(如:可执行
文件)这个段用来保存在
文件头中没有描述到的信息。
段落头:又顾……(不顾了,再顾有人要打我了
J),这个头(怎么这么多的头啊?!)是用来描述段落信息的,每个段落都有一个段落头来描述。段落的数目在
文件头中会指出。
段落数据:这通常是COFF
文件中最大的数据段,每个段落真正的数据就保存在这个位置。至于怎么区分这些数据是哪个段落的,不要问我,去问段落头。
重定位表:这个表通常只存在于目标
文件中,它用来描述COFF
文件中符号的重定位信息。至于为什么要重定位,请回家看看你的操作
系统的书籍。
符号表:这个表用来保存COFF
文件中所用到的所有符号的信息,连接多个COFF
文件时,这个表帮助我们重定位符号。调试
程序时也要用到它。
字符串表:不用我说,大家也知道它用来保存
字符串的。可是
字符串保存给谁看呢?不知道了吧!?问我啊!
J符号表是以记录的形式来描述符号信息的,但它只为符号名称留置了8个
字符的空间,早期的小
程序还将就能行,可在现在的
程序中,一个符号名动不动就数十个
字符,8个
字符怎么能够?没办法,只好把这些名称存在
字符串表中。而符号表中只记录这些
字符串的位置。
文件的结构大体上就是这样了。长得是丑了点,不过还算它的设计者有点远见。可扩充性设计得不错,以致于沿用至今。了解了
文件的整体结构,现在让我们来逐个段落分析它。
文件头
文件头,自然是从
文件的0偏移处开始,它的结构很简单。用C的结构描述如下:
typedef struct {
unsigned short usMagic; // 魔法数字
unsigned short usNumSec; // 段落(Section)数
unsigned long ulTime; // 时间戳
unsigned long ulSymbolOffset; // 符号表偏移
unsigned long ulNumSymbol; // 符号数
unsigned short usOptHdrSZ; // 可选头长度
unsigned short usFlags; //
文件标记
} FILEHDR;
结构中usMagic成员是一个魔法数字(Magic Number),在I386平台上的COFF
文件中它的值为0x014c。如果COFF
文件头中魔法数字不为0x014c,那就不用看了,这不是一个I386平台的COFF
文件。其实这就是一个平台标识。
第二个成员usNumSec是一个无符号短整型,它用来描述段落的数量。段落头(Section Header)的数目就是它。
ulTime成员是一个时间戳,它用来描述COFF
文件的建立时间。当COFF
文件为一个可执行
文件时,这个时间戳经常用来当做一个加密用的比对标识。
ulSymbolOffset是符号表在
文件中的偏移量,这是一个绝对偏移量,要从
文件头开始计数。在COFF
文件的其它节中,也存在这种偏移量,它们都是绝对偏移量。
ulNumSymbol成员给出了符号表中符号记录的数量。
usOptHdrSZ是可选头的长度,通常它为0。而可选头的类型也是从这个长度得知的,针对不同的长度,我们就要选择不同的处理方式。
usFlag是COFF
文件的属性标记,它标识了COFF
文件的类型,COFF
文件中所保存的数据等等信息。
其值如下:
值 | 名称 | 说明 |
0x0001 | F_RELFLG | 无重定位信息标记。这个标记指出COFF文件中没有重定位信息。通常在目标文件中这个标记们为0,在可执行文件中为1。 |
0x0002 | F_EXEC | 可执行标记。这个标记指出 COFF 文件中所有符号已经解析, COFF 文件应该被认为是可执行文件。 |
0x0004 | F_LNNO | < FONT>文件中所有行号已经被去掉。 |
0x0008 | F_LSYMS | < FONT 无符号标记。此标记说明>文件中的符号信息已经被去掉。 |
0x0100 | F_AR32WR | 些标记指出文件是 32 位的 Little-Endian COFF 文件。 |
注:Little-Endian,记不得它的中文名称了。它是指数据的排列方式。比如:十六进制的0x1234以Little- Endian方式在内存中的顺序为0x34 0x12。与之相反的是Big-Endian,这种方式下,在内存中的顺序是0x12 0x34。
这个表的内容并不全面,但在目标
文件中,常用的也就只有这些。其它的标记我将在以后介绍PE格式时给出。
可选头
可选头接在
文件头的后面,也就是从COFF
文件的0x0014 偏移处开始。长度可以为0。不同长度的可选头,其结构也不同。标准的可选头长度为24或28字节,通常是28啦。这里我就只介绍长度为28的可选头。(因 为这种头的长度是自定义的,不同的人定义的结果就不一样,我只能选一种最常用的头来介绍,别的我也不知道)
这种头的结构如下:
typedef struct {
unsigned short usMagic; // 魔法数字
unsigned short usVersion; // 版本标识
unsigned long ulTextSize; // 正文(text)段大小
unsigned long ulInitDataSZ; // 已初始化数据段大小
unsigned long ulUninitDataSZ; // 未初始化数据段大小
unsigned long ulEntry; // 入口点
unsigned long ulTextBase; // 正文段基址
unsigned long ulDataBase; // 数据段基址(在PE32中才有)
} OPTHDR;
第一个成员usMagic还是魔法数字,不过这回它的值应该为0x010b或0x0107。当值为0x010b时,说明COFF
文件是一个一般的可执行
文件;当值为,0x0107时,COFF则为一个ROM镜像
文件。
usVersion是COFF
文件的版本,ulTextSize是这个可执行COFF的正文段长度,ulInitDataSZ和ulUninitDataSZ分别为已初始化数据段和未初始化数据段的长度。
ulEntry是
程序的入口点,也就是COFF载入内存时正文段的位置(EIP寄存器的值),当COFF
文件是一个动态库时,入口点也就是动态库的入口函数。
ulTextBase是正文段的基址。
ulDataBase是数据段基址。
其实在这些成员中,只要注意usMagic和ulEntry就可以了。
段落头
段落头紧跟在可选头的后面(如果可选头的长度为0,那么它就是紧跟在
文件头后)。它的长度为36个字节,如下:
typedef struct {
char cName[8]; // 段名
unsigned long ulVSize; // 虚拟大小
unsigned long ulVAddr; // 虚拟地址
unsigned long ulSize; // 段长度
unsigned long ulSecOffset; // 段数据偏移
unsigned long ulRelOffset; // 段重定位表偏移
unsigned long ulLNOffset; // 行号表偏移
unsigned short ulNumRel; // 重定位表长度
unsigned short ulNumLN; // 行号表长度
unsigned long ulFlags; // 段标识
} SECHDR;
这个头可是个重要的头头,我们要用到的最终信息就由它来描述。一个COFF
文件可以不要其它的节,但
文件头和段落头这两节是必不可少的。
cName 用来保存段名,常用的段名有.text,.data,.comment,.bss等。.text段是正文段,通常也就是代码段;.data是数据段,在这 个数据段中所保存的数据是初始化过的数据;.bss段也可以用来保存数据,不过这里的数据是未初始化的,这个段也是一个空段;.comment段,看名字 也知道,它是注释段,用来保存一些编译信息,算是对COFF
文件的注释。
ulVSize是段数据载入内存时的大小。只在可执行
文件中有效,在目标
文件中总为0。如果它的长度大于段的实际长度,则多的部分将用0来填充。
ulVAddr是段数据载入或连接时的虚拟地址。对于可执行
文件来说,这个地址是相对于它的地址空间而言。当可执行
文件被载入内存时,这个地址就是段中数据的第一个字节的位置。而对于目标
文件而言,这只是重定位时,段数据当前位置的一个偏移量。为了计算方便,便定位的计算简化,它通常设为0。
ulSize这才是段中数据的实际长度,也就是段数据的长度,在读取段数据时就由它来确定要读多少字节。
ulSecOffset是段数据在COFF
文件中的偏移量。
ulRelOffset是该段的重定位信息的偏移量。它指向了重定位表的一个记录。
ulLNOffset是该段的行号表的偏移量。它指向的是行号表中的一个记录。
ulNumRel是重定位信息的记录数。从ulRelOffset指向的记录开始,到第ulNumRel个记录为止,都是该段的重定位信息。
ulNumLN和ulNumRel相似。不过它是行号信息的记录数。
ulFlags是该段的属性标识。其值如下表:
值 | 名称 | 说明 |
0x0020 | STYP_TEXT | 正文段标识,说明该段是代码。 |
0x0040 | STYP_DATA | 数据段标识,有些标识的段将用来保存已初始化数据。 |
0x0080 | STYP_BSS | < FONT>有这个标识段也是用来保存数据,不过这里的数据是未初始化数据。 |