오브젝트 파일 ~ 고급 언어

소스 코드 파일을 여러개 만드는 이유

- 큰 프로그램을 하나의 코드로 만들 시 -> 복잡, 분량이 너무 큼 -> 작업 불가 -> 논리/기능 단위로 분리

- 라이브러리 활용 : 자주 쓰는 함수를 파일에 모아 여러 프로그램에서 같이 사용

- 소스 코드 + 라이브러리 소스 코드 전체 같이 컴파일은 비효율 적

 

외부 기호 참조 문법 - EXTERN 문법

- EXTERN symbol

- EXTERN 기호는 심벌 테이블에 등록, 외부에서 선언된 기호라 표시

- opcode에 임의의 값을 넣었다가 나중에 다른 파일에서 심벌 테이블을 읽어 대치함.

 

EXTERN 대치 시 주의 사항

- EXTERN 기호가 대치 시 다른 파일의 주소 값을 사용 x

- 모든 파일의 기계어 코드 + 변수 데이터가 결국 하나로 합쳐 바이너리 생성됨

- 코드/데이터 영역 크기 고려 필요

 

오브젝트 파일 Object file

- 모든 소스코드가 매번 컴파일은 비효율 -> 필요한 코드면 컴파일 + 변경 없는 코드는 컴파일 x

-> 변경 없는 파일을 미리 컴파일 해둠

<-> 미리 컴파일 시 변경된 코드와 병합 시 주소 영역 등이 일치 x

- 중간 파일 역활

 

오브젝트 파일로 바이너리 만들기

- opcode는 모두 기계어로 바꿈. 기호 정보는 오브젝트  파일에 기록

- 각 오브젝트 파일의 기호/참조 정보 조합 -> 바이너리 파일 생성

 

링커 Linker

- 오브젝트 파일을 합쳐 바이너리 만드는 프로그램

- 정적 링킹, 동적 링킹

 

링킹 Linking

- 오브젝트 파일 간 기호 참조 정보를 모아 분석, 정리

 

정적 링킹 static linking

- 라이브러리 오브젝트 파일과 프로그램 오브젝트 파일을 합쳐 단일 바이너리 파일 생성

- 링커 동작하기 간단

 

동적 링킹 dynamic linkiing

- 라이브러리 특정 영역을 필요한 순간 재배치하여 프로그램 동작 하는 방식

- 정적 링킹에 비해 바이너리가 작고, 컴파일 빠름

- 구현 어려움

 

오브젝트 형식 설계 시 주의 사항

- 기호 정보와 참조 정보를 어떻게 유지할 것가

- EXTERN은 외부 파일 참조 의미 -> 다른 파일에서 해당 값을 찾지 못할 수 있음 -> 링킹 실패

 

EXPORT 기호를 사용하는 방법 

- 외부에서 사용하는 기호에 EXPORT 선언 키워드 쓰기

- EXTERN은 타 파일 심벌 테이블에서 EXPORT만 찾아 링커 구성

- 오브젝트 파일에 EXPORT 기호만 포함시키므로 간단 <-> 불일치 시 에러 발생, 자유도 저하

 

EXTERN만 사용하는 방법

- EXTERN 만으로 외부 참조 기호를 찾을 수 있도록 링커 설계

- 다른 오브젝트 파일 심벌 테이블에 있는 모든 기호/참조 정보로 본체를 찾아야 함.

 

오브젝트 파일 형식

- 헤더 : 어디에 어떤 심블 테이블이 있는지 표시. 링커는 헤더의 기계어 시작부터 읽고 합쳐 바이너리 완성

- 내부 심벌 참조 테이블 : EXTERN 제외한 모든 기호의 심벌 테이블 정보. 심벌테이블을 오브젝트 파일에 기록한것.

   타 오브젝트 파일의 EXTERN이 참조하는 대상

- 외부 심벌 참조 테이블 : EXTERN 선언 기호 기록. 타 오브젝트 파일의 내부 심벌 참조 테이블에서 주소/값 읽어       

   opcode 인자에 씀

 

오브젝트 파일 형식

 

오브젝트 파일이 서로 참조하는 방법

- 한 오브젝트 파일의 외부 심벌 참조 테이블은 타 오브젝트 파일 내부 심벌 참조 테이블 참조

-> 링커는 모든 오브젝트 파일의 내부 심벌 참조 테이블로 통합 심벌 테이블을 만듬

-> 통합 심벌 테이블에서 각 오브젝트 파일의 외부 심벌 참조 테이블의 기호를 찾아 값/주소를 전달

 

오브젝트 파일 -> 바이너리

- 기계어 코드 : 코드 영역 + 데이터 영역이 위치한 곳

- 기계어 코드 내 심벌이 참조하는 opcode 인자를 심벌 테이블의 값/주소로 대치

-> 바이너리 완성

재배치 relocation

- 링커가 오브젝트 파일을 합칠 때 배치되는 순서

- 이 순서에 따라 기계어 코드에서 참조 주소 절댓값이 변경됨 -> 주소 값을 정해주는 작업

- 오브젝트 파일 = 재배치 가능 파일 형식

- 링커는 주소 절대 값이 바뀌어도 해당 주소 기호를 참조하도록 함

재배치 시 주소 지정 방식

- PC/Reg-PC 연관 주소 지정 방식을 제외한 모든 방식은 메모리 특정 위치를 절대값으로 주소 지정

- 절대 주소 지정 방식은 재배치로 기호/참조 정보의 주소가 바뀔 시 opcode의 주소 영역도 바뀌어야함.

- 연관(상대) 주소 지정 방식은 opcode 주소 영역 수정 필요 x

 

번역

- 코드의 체계가 바뀌는 과정

ex) 어셈블리어 -> opcode, opcode -> 기계어

 

컴파일 compile

- 상위 언어에서 하위 언어로 번역

- 최종 결과는 기계어

 

컴파일러 compiler

- 컴파일 하는 프로그램

 

빌드 build

- 컴파일 + 링킹해서 최종 프로그램을 만드는 전 과정

 

컴파일러 만들기

- 문법 정의가 필요

-> 대표적으로 BNF(backus-naur form) 베커스 나우어 형식

 

BNF

- 문법 체계가 있는 간단한 규칙 표현

 

BNF 예시

- ::= 은 프로그래밍 언어의 =처럼 우변을 좌변에 대입

- |은 또는

- <>는 확장

-> 문장에 대해 BNF로 아래처럼 정의

<문장> ::= <주어> <서술어>.
       | <주어> <목적어> <서술어> .
       | <문장> <접속사> <문장>.

 

BNF 정의 추가

- <>이 없는 경우 종결 기호

-> BNF 모든 규칙은 종결기호로 결과가 나옴

<주어> ::= <명사> <조사>
       | <명사>
      
<서술어> ::= <부사> <동사>
       | <동사>
      
<목적어> ::= <명사> <조사>
      
<명사> ::= 내 | 너 | 그
<동사> ::= 가다 | 오다
<부사> ::= 빨리 | 늦게
<조사> ::= 을 | 를 | 이 | 가
<접속사> ::= 그리고 | 그러나 | 그런데 | 하지만

 

BNF로 만들 수 있는 문장

내가 가다.
내가 오다.
너가 가다.
너가 오다.
그가 가다.
그가 오다.
내가 가다. 그리고 너가 오다. 그러나 그는 가다.

 

BNF 언어 설계

<program> ::= <block-list>
//프로그램은 하나의 블록 리스트

<block-list> ::= <ident>(<ident-list>) {<decl> <statement>}
              | <block-list> <ident> (<ident-list>) {<decl> <statement>}
/*
<ident> : 블록 이름
<decl> : 변수/상수 선언
<statement> : 연산/ 제어부분
*/

<ident-list> ::= <ident>
				| <ident-list>, <ident>

/*
ident-list 예시
       * ,를구분자로 사용
a, b, c, d, .., g
this_is_param
*/

<ident> ::= <ident> <ident-letter>
          | <ident> <digit>
          | <ident-letter>


/*
- ident의 예시
a
abbb
adasfwq53163
*/


<ident-letter> ::= a | b | c | ... | z | A | B | ... | Z
<digit> ::= 1 | 2 | 3 | ... | 9 | 0

<decl> ::= <def-decl> <var-decl>
		| <decl> <def_decl> <var-decl>

<def-decl>  ::= <ident> <number>

<var-decl> ::= <ident-list>;
		| <var-assignment-list>;
/*
  변수 선언부
<ident-list>; -> 변수명만 쓰고 ;로 끝냄
<var-assignment-list>; -> 변수명, 변수명, ... 변수명;
*/

<var-assignment-list> ::= <ident>=<number>
			| <var-assignment-list>, <ident>=<number>
/*
 변수 선언 문법
a=10
a=10, b=20, c=30
*/

<number> ::= <number> <digit>
// number : 십진수의 연속

<statement> ::= <ident>=<expression>	//a=3, c=a+b
            | <ident>(<ident-list>)		//func(), func(a, b, c, d, e)
            | (<statement-list>)
            | if <condition> then <statement>
            | while <condition> do <statement>

<statement-list> ::= <statement>
                  | <statement-list>; <statement>

<ident>=<expression>

<expression> ::= <term>
             | <adding-operator> <term>
             | <expression> <adding-operator> <term>

<adding-operator> ::= + | -

<term> ::= <factor>
        | <term> <multiplying-operator> <factor>

<multiplying-operator> ::= * | /

<factor> ::= <ident>
          | <number>
          | (<expression>)
          
<codition> ::= not <expression>
            | <expression> <relation> <expression>

<relation> ::= = | <> | < | > | <= | >= | ==


/*

if A > B then
C = A - B;
if A <= B then
C = B - A;
위 if문은 어셈블러어로 아래와 같이 컴파일 된다.
*/

if:
CMP A, B
BGT sub_a_b
BLET sub_b_a
sub_a_b:
SUB C, A, B
B end_if
sub_b_a:
SUB C, B, A
B end_if
end_if:
:

 빌드 과정

1. 컴파일러는 BNF 정의에 따라 소스코드 파싱(구문분석)

2. 최적화 된 어셈블리어로 번역 -> 고급언어의 결과 파일

3. 어셈블러가 오브젝트 파일로 변환

4. 링커가 오브젝트 파일 결합 -> 바이너리 완성