问题

COM格式和EXE格式有什么区别?

回答
在理解 COM 和 EXE 格式的区别之前,我们先要明白它们都是“可执行文件”的一种,但它们在很多层面上有着本质的不同,就像两种截然不同的“建筑风格”一样,各自有其历史渊源、设计理念和适用范围。

一、 历史的投影:它们诞生于何方?

COM 格式(Command File): 它是DOS时代早期就存在的、最简单的一种可执行文件格式。它的历史悠久,可以追溯到MSDOS和早期的CP/M操作系统。你可以把它想象成一个非常简陋的“房梁”,直接将机器码和数据塞进去,没有太多结构上的考量。

EXE 格式(Executable File): EXE 文件相对来说是“后起之秀”,虽然也很古老,但它的出现是为了解决COM格式的局限性。它是一种更加结构化、功能更强大的可执行文件格式,在DOS、Windows等操作系统中长期占据主导地位。它就像一个设计更合理、功能更齐全的“现代住宅”,包含更多的附属结构和信息。

二、 内部的乾坤:结构上的天壤之别

这是两者最核心的区别所在。

COM 格式:极简主义的代表
大小限制: COM 文件最大的特点就是它的大小上限是 65536 字节(64KB)。这是因为在早期,段(Segment)的概念非常重要,COM 文件被设计成可以直接加载到内存的一个段(Segment)中,并且程序的入口点就位于该段的起始位置。所以,整个程序(代码、数据、堆栈)都必须塞进这64KB的空间里。
无头部信息: 最关键的是,COM 文件没有文件头。操作系统在执行COM文件时,不知道文件的具体结构,它只是简单地将整个文件内容加载到内存的指定位置,然后跳转到文件开头执行。这意味着COM文件的一切都必须放在一个地方,无法区分代码、数据、堆栈等。
加载方式: 操作系统将COM文件的内容直接加载到内存的一个特定段(通常是CS=DS=ES=SS)的起始偏移量0处。程序的入口点(IP)也设置为0。
뭐가没有? COM 文件没有重定位信息、没有导入/导出表、没有段描述、没有资源等现代可执行文件所拥有的复杂信息。它就是一堆原始的机器码和数据。

EXE 格式:功能更全、更灵活
结构化: EXE 文件拥有一个标准化的文件头(MZ Header),这是它的标志。这个头包含了大量关于程序的信息,操作系统可以根据这些信息来正确地加载和执行程序。
MZ Header: 这个头由Mark Zbikowski设计,包含了一个ASCII字符串“MZ”以及其他重要的信息,比如程序的入口点、代码段和数据段的大小、重定位信息的位置等等。
重定位(Relocation): 这是EXE格式的一大优势。COM文件因为没有头部信息,它必须被加载到内存的一个固定地址才能运行(否则代码中的绝对地址就会出错)。而EXE文件则包含了重定位信息,操作系统可以根据这些信息,在将程序加载到内存的任意地址时,动态地调整程序中所有需要引用的绝对地址。这极大地提高了程序的灵活性和内存利用率。
段(Segments): EXE文件可以包含多个段,比如代码段(.text)、数据段(.data)、堆栈段(.stack)等。操作系统可以为每个段分配不同的内存区域。
其他信息: EXE文件还可以包含导入表(告诉操作系统程序需要使用哪些外部库函数)、导出表(如果程序本身被用作库)、资源信息(图标、菜单等)等等。

三、 内存的运作:加载和执行的奥秘

COM 格式:一步到位
加载:操作系统将COM文件的全部内容(最多64KB)加载到内存中的一个段。
执行:程序入口点就是文件内容的起始位置。整个程序在内存中占用一个连续的区域。

EXE 格式:有条不紊
加载:操作系统首先读取EXE文件的MZ Header,获取程序结构信息。然后根据重定位信息,将程序加载到内存的合适位置,并调整所有内部引用。最后,根据Header中的信息设置程序的入口点。
执行:程序可以分布在内存的不同区域,由操作系统统一管理。

四、 兼容性和应用场景:时代的选择

COM 格式:历史的遗迹
兼容性: 在现代操作系统(如Windows)中,COM格式的可执行文件已经很少见了,并且通常是通过兼容层(如DOSBox模拟器)来运行的。直接在现代Windows上运行DOS COM文件是不可行的,因为它们的设计理念与现代操作系统的内存管理和保护机制完全不兼容。
应用: 在早期的DOS系统中,COM文件常用于一些简单的工具、命令、启动程序等。由于其简单性和对内存的低要求,在资源极其有限的早期计算机上非常有用。

EXE 格式:现代的主流
兼容性: EXE格式是Windows操作系统中最常见的可执行文件格式,也是今天我们所说的“程序文件”的主要载体。无论是老式的Windows PE格式EXE,还是64位的PE+格式EXE,都属于EXE家族的演进。
应用: 几乎所有的应用程序、系统工具、服务等都可以打包成EXE文件。它的灵活性和功能使其能够满足现代软件开发的需求。

五、 总结一下,打个比方

想象一下你要搬家:

COM 文件就像一个“打包好的箱子”: 你不知道里面是什么,也不知道怎么分门别类,只能原封不动地把箱子搬进新家,然后从箱子最上面开始找东西。箱子不能太大,否则就搬不进这个特定的“位置”了。

EXE 文件就像一个“精美的包装盒,里面还有说明书和隔板”: 你拿到它,首先会看说明书(MZ Header),知道里面有多少东西、什么是什么。然后,你可以根据说明书和隔板(重定位信息、段信息),把里面的东西分门别类地放到新家最合适的位置。而且,这个包装盒的内容可以很多,可以根据需要拆分存放。

核心区别提炼:

| 特征 | COM 格式 | EXE 格式 |
| : | : | : |
| 文件头 | 无 | 有 MZ Header |
| 大小限制 | 64KB | 无硬性限制(但受操作系统和内存限制) |
| 结构 | 简单,无区分,整个文件内容加载到一处 | 结构化,包含代码、数据、重定位等信息 |
| 重定位 | 无,程序被加载到固定地址运行 | 有重定位信息,可在任意地址加载并调整内部引用 |
| 段 | 通常只有一个段,代码、数据、堆栈混在一起 | 可以包含多个段(代码段、数据段等) |
| 功能 | 极简,功能有限 | 功能强大,支持动态链接、资源等 |
| 时代 | DOS早期 | DOS、Windows等现代操作系统的主流格式 |

所以,虽然它们都叫“可执行文件”,但COM和EXE在设计理念、内部结构和运行方式上是截然不同的。EXE格式的出现,是计算机技术发展过程中对文件结构和程序执行方式的一次重大革新,极大地推动了软件开发的复杂化和功能的丰富化。

网友意见

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题主的问题,跟COM/EXE格式其实没关系。

早年MSDOS的命令集里,分两种:内部命令外部命令
内部命令就是集成在COMMAND.COM里的,不是单独的一个文件,直接运行就是了,代表的命令有:DIR/CD/MK/RD/COPY/DEL等;
外部命令是单独的一个EXE或者COM文件,具体是EXE还是COM要看具体是什么命令。

比如DOSKEY命令对应的是DOSKEY.COMSYS命令对应的是SYS.COM,类似的还有FORMAT等命令。
但有些命令是用EXE实现的,比如FDISK/XCOPY等,对应就是FDISK.EXE,XCOPY.EXE

具体是用EXE还是用COM文件,其实区别不太大,至少在MSDOS 6的时代区别是不大的。COM文件的格式限制比EXE更多一些,EXE格式的文件更复杂。

就文件效果来说COM文件和EXE文件最终在MSDOS环境里,都是二进制代码,都是真正做事情的,并不是你说的“执行的任务是其它程序完成”。

而对于内部命令,是由COMMAND.COM这个程序完成的,你看到的MSDOS的SHELL(命令行)也是COMMAND.COM

下图是MSDOS6.22软盘的内容:有COM也有EXE

到了Windows时代,Windows事实上对COM格式支持的已经不是很好了,就内容而言,COM本身是无格式的,第一个字节就是二进制机器指令,所以COM文件需要自己初始化代码段,数据段等,但EXE文件是有格式的,可执行程序加载器是可以为EXE做一些必要的初始化工作,所以EXE对于操作系统而言,更友好一些(操作系统知道你要干啥)。

COM文件最大通常不能超过64KB(也就是16位模式下的一个segment),但EXE没有这个限制,我截图里的EDIT.COM,实际上是一个EXE格式,而非COM格式。


COM格式的二进制文件,本身是无格式的,MSDOS(包括其他版本的DOS)加载的时候,先找到一个空闲的segment(64KB),之后,把COM文件原封不动的加载到偏移量0x100的位置上,设置各个段寄存器指向这个segment,IP=0x100,然后就开始执行。前256字节(0x100)是MSDOS的控制头(PSP),所以,如果写COM格式的文件,在用汇编编译器编译的时候,都要写一句org 100h的字样

EXE格式的二进制文件,是MZ或者PE格式的,MSDOS里是MZ开头的,其中有一个MSDOS header,里面描述了具体的段信息,IP入口等,具体的,百度上有很多,不再详细说明(内容较多):

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