详述 Golang 的符号表

ℹ️ 本文基于 Go 1.13。

符号表是由编译器生成和维护的,保存了与程序相关的信息,如函数和全局变量。理解符号表能帮助我们更好地与之交互和利用它。

符号表

Go 编译的所有二进制文件默认内嵌了符号表。我们来举一个例子并研究它。下面是代码:

var AppVersion string

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

可以通过命令 nm 来展示符号表;下面是从 OSX 的结果中提取的部分信息:

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

用 b(全称为 bss)标记的符号是未初始化的数据。由于我们前面的变量 AppVersion 没有初始化,因此它属于 b。符号 d 表示已初始化的数据,t 表示文本符号, 函数属于其中之一。

Go 也封装了 nm 命令,可以用命令 go tool nm 来使用它,也能生成相同的结果:

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

当我们知道了暴露的变量的名字后,我们就可以与之交互。

自定义变量

当执行命令 go build 时,经过了两个阶段:编译和构建。构建阶段通过编译过程中生成的对象文件生成了一个可执行文件。为了实现这个阶段,构建器把符号表中的符号重定向到最终的二进制文件。

在 Go 中我们可以用 -X 来重写一个符号定义,-X 两个入参:名称和值。下面是承接前面的代码的例子:

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

构建并运行程序,现在会展示在命令行中定义的版本:

Version: v1.0.0

运行 nm 命令会看到变量已被初始化:

1170a90 D main.AppVersion

投建器赋予了我们重写数据符号(类型 b 或 d)的能力,现在它们有了 Go 中的 string 类型。下面是那些符号列表:

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

在列表中我们看到了之前的变量和 DefaultGoroot,它们都是被构建器自动设置的。我们来看一下运行时这些符号的意义。

调试

符号表的存在是为了确保标识符在使用之前已被声明。这意味着当程序被构建后,它就不再需要这个表了。然而,默认情况下符号表是被嵌入到了 Go 的二进制文件以便调试。我们先来理解如何利用它,之后再来看怎么把它从二进制文件中删除。

我会用 gdb 来调试。只需要执行 gdb ex 就可以加载二进制文件。现在程序已被加载,我们用 list 命令来展示源码。下面是输出:

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)

gdb 初始化的第一步是读取符号表,为了提取程序中函数和符号的信息。我们现在可以用 -ldflags=-s 参数不把符号表编译进程序。下面是新的输出:

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.

现在调试器由于找不到符号表不能展示源码。我们应该留意到使用 -s 参数去掉了符号表的同时,也去掉了对调试器很有用的 [DWARF](https://golang.org/pkg/debug/dwarf/ "DWARF") 调试信息。

二进制文件的大小

去掉符号表后会让调试器用起来很困难,但是会减少二进制文件的大小。下面是有无符号表的二进制文件的区别:

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

没有符号表比有符号表会小 25%。下面是编译 cmd/go 源码的另一个例子:

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

这里没有符号表和 DWARF 信息,也小了 25%。

如果你想了解为什么二进制文件会变小,我推荐你阅读 WebKit 团队的 Benjamin Poulain的文章“不寻常的加速:二进制文件大小”。

链接:https://medium.com/a-journey-with-go/go-how-to-take-advantage-of-the-symbols-table-360dd52269e5

(版权归原作者所有,侵删)

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