C语言编译原理：全局变量、局部变量与ELF文件详解

本文主要探讨了C语言与编译原理中的几个关键知识点，包括全局变量与局部变量的区别、字符串处理、汇编指令及其在程序结构中的作用，以及ELF文件格式的理解。 1. **全局变量与局部变量**: C语言中，全局变量在整个程序范围内可见并持久存在，其初始化如果没有明确指定，将默认为0。而局部变量的作用域仅限于定义它的函数内部，若未初始化，则其初始值是不确定的。特别强调了全局变量的初始化，如`minute/60`不能作为右值用于初始化，因为这不是一个常量表达式，会导致编译错误。 2. **字符串处理**: 字符串在C语言中是通过char类型的数组表示的，不同于其他编程语言如SV中的string类型。字符串末尾自动包含一个ASCII码为0的'\0'终止符。字符串作为右值时，会被隐式转换为指向首元素的指针。 3. **汇编指令与程序组织**: 汇编语言中，`.section`用于定义代码的不同部分，如`.text`段保存可执行代码，`.data`段用于存储数据，通常是全局变量，这些段在程序加载时会被映射到不同的内存区域，且有不同的权限设置。`.rodata`段用于存放只读数据，例如常量和字符串。 4. **ELF文件格式**: ELF（Executable and Linkable Format）是一种广泛使用的二进制可执行文件格式。它对链接器和加载器有不同的视图：链接器看待ELF文件为Section的集合，而加载器则视为Segment的集合。对于目标文件（如`main.o`），需要Section Header Table，而可执行文件和共享库（如`a.out`）则需要Program Header Table。通过`readelf`工具可以查看ELF文件的这些元数据。 5. **变量的存储位置**: 在C语言中，`main`函数和全局变量通常存储在`.text`段，而静态变量如`A`存放在`.rodata`段，因为它们是只读的。`HelloWorld`字符串也是只读的，因此位于`.rodata`。`data`段中变量如`a`, `b`, `d`则为全局变量，存储在可读写的内存区域。 通过hexdump命令，我们可以查看程序的二进制表示，进一步理解变量的实际存储情况。加载运行时，`.rodata`和`.text`通常会被合并到一个只读的Segment中，以确保程序的完整性。 本文详细讲解了C语言编程中的一些核心概念，以及这些概念在实际编译过程和程序结构中的应用，特别是与汇编和ELF文件格式相关的知识点。