DIE数据编码

DWARF中的所有调试信息条目（DIE, Debugging Information Entry），它们可以用来描述程序中的数据、类型、代码，在之前内容中我们已经见识过了描述不同类型程序构造的DIE Tags、Attributes。DIE之间还存在两种可能的链接或者引用关系：1）Children关系：表示DIE与其子DIE之间的父子关系；2）Siblings关系：表示同级DIE之间的兄弟关系。这种结构使得DWARF能够完整地描述程序的调试信息，如果要不加优化完整地存储这样的结构，也会面临数据冗余和存储空间问题。

所以本节我们来看看DIE数据的编码和存储方式。

数据压缩的必要性

DWARF调试信息通常包含大量重复和冗余数据，例如：

• 相同类型的变量可能有相同的属性列表
• 相似的函数可能有相似的结构信息
• 大量的类型信息可能被多次引用

为了减少存储空间占用，DWARF提供了几种数据压缩的措施。

措施1：树前序遍历扁平化

原理：

• 采用前序遍历的方式访问DIE树
• 按照访问顺序将DIE依次存储
• 不再显式存储DIE之间的链接关系

实现方式：

• 使用特殊属性来维护DIE之间的关系
• DW_AT_sibling：指向下一个兄弟DIE
• DW_AT_type：指向类型DIE
• 其他属性：根据需要维护其他关系

优势：

• 消除了显式的链接指针
• 简化了数据存储结构
• 便于顺序访问和解析

措施2：缩写表机制(Abbreviation Table)

原理：

• 将DIE的tag值和attributes类型存储在缩写表中
• DIE中只存储缩写表的索引和属性值
• 通过复用相同的tag和属性列表来减少存储空间

缩写表结构： 每个缩写包含：

• tag值：DIE的类型
• has_children标志：指示该DIE是否有子DIE
• 属性列表：包含属性类型和值类型

示例： 假设有多个变量DIE，它们具有相同的tag(DW_TAG_variable)和属性列表(DW_AT_name, DW_AT_type)，但属性值不同：

• 在缩写表中存储一次tag和属性列表
• 每个DIE只存储缩写表索引和具体的属性值
• 大大减少了重复数据的存储

图 9 缩写表示例：

措施3：跨编译单元引用

DWARF v3引入了一种允许跨编译单元引用DWARF数据的机制：

• 允许一个编译单元引用另一个编译单元中的DIE
• 通过特殊的引用属性实现
• 这种方式不常用，但在某些场景下可以进一步减少数据冗余

总结

DWARF的数据编码和压缩策略主要针对DIE树结构，1）扁平化存储减少链接开销 2）缩写表机制减少重复数据 3）跨编译单元引用提供额外的优化空间。通过这些策略的共同作用，显著减少了调试信息在二进制文件中的存储空间占用，同时保持了调试信息的完整性和可访问性。