### DWARF调试信息格式规范详解
#### 一、引言
##### 1.1 目的与范围
DWARF（Debug With Address and Register Format）调试信息格式规范旨在为编译器提供一种标准化的方式，以记录源代码与机器代码之间的对应关系。这有助于调试工具在运行时准确地定位到源代码中的位置。本规范详细描述了DWARF版本3的调试信息格式。
##### 1.2 概览
DWARF格式由一系列的调试信息条目组成，每个条目都包含了关于程序中一个特定概念的信息，例如变量、函数或类型。这些条目通过属性进行扩展，属性则提供了附加信息，比如变量的位置或函数的返回类型等。DWARF版本3相对于之前的版本，在保持向后兼容性的同时，引入了一些新的特性和改进。
##### 1.3 厂商可扩展性
DWARF设计时考虑到了厂商可能需要添加自定义属性和数据类型的情况。因此，它允许在不破坏向后兼容性的前提下进行扩展。这种灵活性使得不同的编译器和调试器可以在标准框架内实现额外的功能。
##### 1.4 从版本1到版本2的变化
- **增加了对新架构的支持**：版本2支持更多种类的目标架构。
- **增强了表达式语言**：改进后的表达式语言更加灵活，可以更精确地描述变量的位置和其他信息。
- **改进了调试信息条目的组织结构**：提高了信息的组织性和易读性。
##### 1.5 从版本2到版本3的变化
- **增加了对64位地址的支持**：随着64位系统的普及，版本3增加了对64位地址的支持。
- **增强了调试信息条目的表示方式**：引入了新的属性和条目类型，以更好地描述复杂的编程结构。
- **改进了栈操作**：新增了一些操作码，以简化栈操作的描述。
##### 1.5.1 向上兼容性
DWARF版本3确保与早期版本的兼容性，这意味着使用旧版本编写的调试信息仍然可以在新版DWARF中被正确解析。同时，为了利用新版本中的增强功能，开发人员可以选择性地使用新特性。
#### 二、总体描述
##### 2.1 调试信息条目
调试信息条目是DWARF的基本单位，用于描述程序中的实体，如变量、函数、类型等。每个条目都有一个唯一的标签（tag），用来标识其类型。
##### 2.2 属性类型
属性是用来描述调试信息条目特征的关键字。它们可以携带不同类型的数据，如字符串、整数、地址等。DWARF版本3中定义了许多标准属性，包括但不限于：
- `DW_AT_name`：用于存储条目的名称。
- `DW_AT_type`：指明变量或参数的类型。
- `DW_AT_location`：描述变量或参数的内存位置。
- `DW_AT_decl_file`：指示声明该条目的源文件。
##### 2.3 调试信息条目之间的关系
调试信息条目之间存在层级关系，通常通过父条目和子条目来表示。例如，一个函数条目可以有多个参数条目作为其子条目。
##### 2.4 目标地址
目标地址是指程序执行时的实际内存地址。DWARF版本3支持多种地址格式，包括32位和64位地址。
##### 2.5 DWARF表达式
DWARF表达式是一种特殊的语言，用于描述变量的位置或其他复杂的信息。它们由一系列的操作码（opcode）组成。
###### 2.5.1 一般操作
DWARF表达式中的一些常见操作包括：
- `DW_OP_addr`：指定一个地址值。
- `DW_OP_push_object_address`：将当前对象的地址推入栈。
- `DW_OP_plus`：将两个数值相加。
- `DW_OP_deref`：从栈顶取值并解引用该值所指向的地址。
这些操作码可以组合起来形成复杂的表达式。
###### 2.5.2 示例栈操作
栈操作是DWARF表达式的核心部分。例如，要获取某个局部变量的值，可以通过以下步骤实现：
1. 使用`DW_OP_push_object_address`将对象地址压入栈。
2. 使用`DW_OP_plus`将偏移量与栈顶的地址值相加。
3. 使用`DW_OP_deref`从计算出的新地址处取值。
##### 2.6 位置描述
位置描述用于指示变量或参数的存储位置。它可以是一个简单的地址，也可以是一个复杂的DWARF表达式。
###### 2.6.1 寄存器名称操作符
寄存器名称操作符用于指定寄存器作为变量的存储位置。例如：
- `DW_OP_reg0`至`DW_OP_reg31`分别表示寄存器0至31。
这些操作符使得调试信息能够准确反映变量的实际存储位置。
DWARF版本3提供了一套全面且灵活的调试信息格式规范，不仅支持常见的编程语言和架构，还具有良好的可扩展性和向后兼容性。这对于提高软件开发效率和调试质量至关重要。
