詳解Go語言的符號(hào)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(hào)表是由編譯器生成和維護(hù)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(hào)表能幫助我們更好地與之交互和利用它。

符號(hào)表

Go 編譯的所有二進(jìn)制文件默認(rèn)內(nèi)嵌了符號(hào)表。我們來舉一個(gè)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(hào)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(biāo)記的符號(hào)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(hào) d 表示已初始化的數(shù)據(jù)，t 表示文本符號(hào)， 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(dāng)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(dāng)執(zhí)行命令 go build 時(shí)，經(jīng)過了兩個(gè)階段：編譯和構(gòu)建。構(gòu)建階段通過編譯過程中生成的對(duì)象文件生成了一個(gè)可執(zhí)行文件。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)階段，構(gòu)建器把符號(hào)表中的符號(hào)重定向到最終的二進(jìn)制文件。

在 Go 中我們可以用 -X 來重寫一個(gè)符號(hào)定義，-X 兩個(gè)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(yùn)行程序，現(xiàn)在會(huì)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(yùn)行 nm 命令會(huì)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(hào)（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(hào)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(dòng)設(shè)置的。我們來看一下運(yùn)行時(shí)這些符號(hào)的意義。

調(diào)試

符號(hào)表的存在是為了確保標(biāo)識(shí)符在使用之前已被聲明。這意味著當(dāng)程序被構(gòu)建后，它就不再需要這個(gè)表了。然而，默認(rèn)情況下符號(hào)表是被嵌入到了 Go 的二進(jìn)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(jìn)制文件中刪除。

我會(huì)用 gdb 來調(diào)試。只需要執(zhí)行 gdb ex 就可以加載二進(jìn)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(hào)表，為了提取程序中函數(shù)和符號(hào)的信息。我們現(xiàn)在可以用 -ldflags=-s 參數(shù)不把符號(hào)表編譯進(jìn)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(hào)表不能展示源碼。我們應(yīng)該留意到使用 -s 參數(shù)去掉了符號(hào)表的同時(shí)，也去掉了對(duì)調(diào)試器很有用的 [DWARF](https://golang.org/pkg/debug/dwarf/ "DWARF") 調(diào)試信息。

二進(jìn)制文件的大小

去掉符號(hào)表后會(huì)讓調(diào)試器用起來很困難，但是會(huì)減少二進(jìn)制文件的大小。下面是有無符號(hào)表的二進(jìn)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(hào)表比有符號(hào)表會(huì)小 25%。下面是編譯 cmd/go 源碼的另一個(gè)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(hào)表和 DWARF 信息，也小了 25%。

如果你想了解為什么二進(jìn)制文件會(huì)變小，我推薦你閱讀 WebKit 團(tuán)隊(duì)的 Benjamin Poulain[3] 的文章“不尋常的加速：二進(jìn)制文件大小[4]”。

　　審核編輯：湯梓紅