オブジェクトファイル：プログラムのピースを理解する

オブジェクトファイル：プログラムのピースを理解する

オブジェクトファイルとは

– オブジェクトファイルとは

コンピュータは、人間が理解しやすいプログラミング言語で書かれた指示をそのまま理解することはできません。そのため、人間が書いたプログラムを実行するには、コンピュータが理解できる形式に変換する必要があります。この変換作業を行うのが「コンパイラ」と呼ばれるソフトウェアです。

コンパイラは、プログラミング言語で書かれた「ソースコード」を読み込み、それをコンピュータが理解できる「オブジェクトコード」に変換します。そして、このオブジェクトコードが格納されたファイルが「オブジェクトファイル」です。

オブジェクトファイルに含まれるオブジェクトコードは、コンピュータの頭脳であるCPUが直接解釈し実行できる機械語に近い形をしています。しかし、オブジェクトファイルはプログラムの一部であることが多く、単体ではプログラムとして実行することはできません。

プログラムを実行するためには、複数のオブジェクトファイルを組み合わせたり、必要な機能を提供する「ライブラリ」と呼ばれるファイルと結合する必要があります。

このように、オブジェクトファイルは、プログラムを構成する部品のようなものであり、最終的に実行可能なプログラムを作成するための中間的なファイルと言えるでしょう。

オブジェクトファイルの中身

プログラムを構成するファイルの一つに、オブジェクトファイルと呼ばれるものがあります。これは、人間が理解しやすいプログラミング言語で書かれたプログラムを、コンピュータが理解できる機械語に変換した際に生成される中間的なファイルです。

オブジェクトファイルの中身は、大きく分けて「コードセクション」「データセクション」「シンボルテーブル」の３つで構成されています。

「コードセクション」には、プログラムの処理内容を記述したオブジェクトコードが格納されています。オブジェクトコードとは、機械語とほぼ同じ形式を持つ、コンピュータが直接実行できるコードのことです。

「データセクション」には、プログラムで使用する変数や定数の定義が格納されています。変数や定数には、プログラムの実行に必要なデータが格納されます。

そして、「シンボルテーブル」は、関数や変数の名前と、それらがオブジェクトファイル内のどこに存在するのかを対応づけた表です。この表は、複数のオブジェクトファイルを結合して最終的な実行ファイルを作成するリンカーというプログラムが、それぞれのファイル内の関数や変数を正しく参照するために重要な役割を果たします。

このように、オブジェクトファイルは、コンピュータがプログラムを実行するために必要な情報をまとめたファイルであり、プログラムの開発において重要な役割を担っています。

リンカーの役割

プログラムを作るとき、私たちが書くコードは、まず「オブジェクトファイル」と呼ばれる小さな部品に変換されます。このオブジェクトファイルには、プログラムの一部となる関数や変数が含まれていますが、これらを組み合わせないと、実際に動くプログラムにはなりません。

ここで登場するのが「リンカー」です。リンカーは、複数のオブジェクトファイルを繋ぎ合わせて、一つの実行可能なプログラムを作り出す役割を担っています。

リンカーは、それぞれのオブジェクトファイルに付属している「シンボルテーブル」を参照します。シンボルテーブルは、そのオブジェクトファイルに含まれる関数や変数の情報が書かれたリストのようなものです。

リンカーは、このシンボルテーブルを頼りに、あるオブジェクトファイルから別のオブジェクトファイル内の関数や変数を呼び出している箇所を見つけ出し、その参照先を正しく繋ぎ合わせます。

例えば、あるオブジェクトファイル内の関数が、別のオブジェクトファイル内の変数を使っているとします。リンカーは、シンボルテーブルを使って、その変数がどこにあるのかを見つけ出し、関数が正しく変数を参照できるように繋ぎ合わせます。

このようにして、リンカーは全てのオブジェクトファイルを繋ぎ合わせ、最終的に私たちが実行できる一つのプログラムを作り出すのです。

目的ファイルという呼び方

プログラムを作成する過程では、ソースコードを機械語に翻訳したファイルが生成されますが、このファイルを「目的ファイル」と呼ぶことがあります。この名称は、プログラムの一部分を構成するファイルであり、単独ではプログラムとして完成形ではないという特性を表しています。「目的ファイル」は、最終的には他の「目的ファイル」やライブラリファイルと結合され、実行可能なプログラムという「目的」を達成するための手段として位置付けられます。

「目的ファイル」を結合して実行可能なプログラムを作成する役割を担うのが、「リンカ」と呼ばれるプログラムです。「リンカ」は、「目的ファイル」同士の参照関係を解決し、必要なライブラリを組み込み、最終的な実行可能ファイルを生成します。

「目的ファイル」という呼び名は、プログラム開発における中間生成物としての役割を明確に示しており、最終的な「目的」である実行可能なプログラムへの過程を理解する上で重要な概念と言えます。

まとめ

プログラムを作るには、ソースコードをコンピュータが理解できる言葉に翻訳する必要があります。この翻訳作業を担うのが「コンパイラ」と呼ばれるソフトウェアです。コンパイラは、ソースコードを読み込み、それを機械語と呼ばれるコンピュータが直接実行できる形式に変換します。しかし、この段階ではまだプログラムとして未完成です。

コンパイラがソースコードを変換して生成するのが「オブジェクトファイル」です。オブジェクトファイルは、機械語の命令やデータ、そして他のオブジェクトファイルと結合するために必要な情報などが含まれています。

複数のソースコードファイルからプログラムを作成する場合は、それぞれのソースコードが別々のオブジェクトファイルに変換されます。これらのオブジェクトファイルは、最終的に「リンカ」と呼ばれるソフトウェアによって結合され、一つの実行可能なプログラムが生成されます。

リンカは、それぞれのオブジェクトファイルに含まれる情報を参照し、それぞれのオブジェクトファイルを適切に結合します。そして、プログラム全体で共通して使用されるライブラリなどを組み込み、最終的にコンピュータが実行できるプログラムを作成します。

このように、オブジェクトファイルは、プログラム開発における重要な構成要素の一つです。コンパイラによって生成され、リンカによって結合されることで、最終的に実行可能なプログラムが生成されます。オブジェクトファイルの構造や役割、そしてリンカとの関係を理解することは、プログラム開発の過程を深く理解する上で非常に重要です。