詳解Go語言的符號表

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Illustration created for “A Journey With Go”, made from the original Go Gopher, created by Renee French.

本文基于 Go 1.13。

符號表是由編譯器生成和維護的，保存了與程序相關(guān)的信息，如函數(shù)和全局變量。理解符號表能幫助我們更好地與之交互和利用它。

符號表

Go 編譯的所有二進制文件默認內(nèi)嵌了符號表。我們來舉一個例子并研究它。下面是代碼：

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var?AppVersion?string

func?main()?{
?fmt.Println(`Version:?`+AppVersion)
}

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可以通過命令 nm 來展示符號表；下面是從 OSX[1] 的結(jié)果中提取的部分信息：

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0000000001177220?b?io.ErrUnexpectedEOF
[...]
0000000001177250?b?main.AppVersion
00000000010994c0?t?main.main
[...]
0000000001170b00?d?runtime.buildVersion

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用 b（全稱為 bss[2]）標記的符號是未初始化的數(shù)據(jù)。由于我們前面的變量 AppVersion 沒有初始化，因此它屬于 b。符號 d 表示已初始化的數(shù)據(jù)，t 表示文本符號， 函數(shù)屬于其中之一。

Go 也封裝了 nm 命令，可以用命令 go tool nm 來使用它，也能生成相同的結(jié)果：

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1177220?B?io.ErrUnexpectedEOF
[...]
1177250?B?main.AppVersion
10994c0?T?main.main
[...]
1170b00?D?runtime.buildVersion

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當我們知道了暴露的變量的名字后，我們就可以與之交互。

自定義變量

當執(zhí)行命令 go build 時，經(jīng)過了兩個階段：編譯和構(gòu)建。構(gòu)建階段通過編譯過程中生成的對象文件生成了一個可執(zhí)行文件。為了實現(xiàn)這個階段，構(gòu)建器把符號表中的符號重定向到最終的二進制文件。

在 Go 中我們可以用 -X 來重寫一個符號定義，-X 兩個入?yún)ⅲ好Q和值。下面是承接前面的代碼的例子：

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go?build?-o?ex?-ldflags="-X?main.AppVersion=v1.0.0"

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構(gòu)建并運行程序，現(xiàn)在會展示在命令行中定義的版本：

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Version:?v1.0.0

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運行 nm 命令會看到變量已被初始化：

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1170a90?D?main.AppVersion

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投建器賦予了我們重寫數(shù)據(jù)符號（類型 b 或 d）的能力，現(xiàn)在它們有了 Go 中的 string 類型。下面是那些符號列表：

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D?runtime.badsystemstackMsg
D?runtime.badmorestackgsignalMsg
D?runtime.badmorestackg0Msg
B?os.executablePath
B?os.initCwd
B?syscall.freebsdConfArch
D?runtime/internal/sys.DefaultGoroot
B?runtime.modinfo
B?main.AppVersion
D?runtime.buildVersion

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在列表中我們看到了之前的變量和 DefaultGoroot，它們都是被構(gòu)建器自動設(shè)置的。我們來看一下運行時這些符號的意義。

調(diào)試

符號表的存在是為了確保標識符在使用之前已被聲明。這意味著當程序被構(gòu)建后，它就不再需要這個表了。然而，默認情況下符號表是被嵌入到了 Go 的二進制文件以便調(diào)試。我們先來理解如何利用它，之后再來看怎么把它從二進制文件中刪除。

我會用 gdb 來調(diào)試。只需要執(zhí)行 gdb ex 就可以加載二進制文件?，F(xiàn)在程序已被加載，我們用 list 命令來展示源碼。下面是輸出：

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GNU?gdb?(GDB)?8.3.1
[...]
Reading?symbols?from?ex...
Loading?Go?Runtime?support.
(gdb)?list?10
6
7??var?AppVersion?string
8
9??func?main()?{
10????fmt.Println(`Version:?`+AppVersion)
11?}
12
(gdb)

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gdb 初始化的第一步是讀取符號表，為了提取程序中函數(shù)和符號的信息。我們現(xiàn)在可以用 -ldflags=-s 參數(shù)不把符號表編譯進程序。下面是新的輸出：

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GNU?gdb?(GDB)?8.3.1
[...]
Reading?symbols?from?ex...
(No?debugging?symbols?found?in?ex)
(gdb)?list
No?symbol?table?is?loaded.??Use?the?"file"?command.

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現(xiàn)在調(diào)試器由于找不到符號表不能展示源碼。我們應該留意到使用 -s 參數(shù)去掉了符號表的同時，也去掉了對調(diào)試器很有用的 [DWARF](https://golang.org/pkg/debug/dwarf/ "DWARF") 調(diào)試信息。

二進制文件的大小

去掉符號表后會讓調(diào)試器用起來很困難，但是會減少二進制文件的大小。下面是有無符號表的二進制文件的區(qū)別：

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2,0M??7?f?é?v?15:59?ex
1,5M??7?f?é?v?15:22?ex-s

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沒有符號表比有符號表會小 25%。下面是編譯 cmd/go 源碼的另一個例子：

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14M??7?f?é?v?16:58?go
11M??7?f?é?v?16:58?go-s

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這里沒有符號表和 DWARF 信息，也小了 25%。

如果你想了解為什么二進制文件會變小，我推薦你閱讀 WebKit 團隊的 Benjamin Poulain[3] 的文章“不尋常的加速：二進制文件大小[4]”。

　　審核編輯：湯梓紅