gcc, as, ld的一些笔记(原创)
来源:互联网 发布:算法统宗 有物不知其数 编辑:程序博客网 时间:2024/05/09 16:12
1.本文不是教程,只是描述c语言(gcc环境),编译器,连接器,加载器,at&t汇编,ia32一些相关知识和笔记,很多需要深入的地方需要大家寻找相关的资料学习。如果发现错误,请留言或通知我jinglexy at yahoo dot com dot cn,这个是我的msn。打字不易,请转载时保留作者:http://www.cppblog.com/jinglexy,新的博客地址是:http://blog.csdn.net/jinglexy
2.gcc安装的各个部分:
g++
c++编译器,链接时使用c++库
gcc
c编译器,链接时使用c库
cc1
实际的c编译器
cc1plus
实际的c++编译器
collect2
使用collect2产生特定的全局初始化代码,后台处理是传递参数给ld完成实际的链接工作。
crt0.o
初始化和结束代码
libgcc
平台相关的库
gcc安装需要的文件:
gcc-core-
gcc-g++-
gcc-testsuite-
./configure && make && make install
3.binutils安装的各个部分
as
gnu汇编工具
gprof
性能分析工具
ld
gnu链接器
make
objcopy
目标文件从二进制格式翻译或复制到另一种
objdump
显示目标文件的各种信息
strings
显示文件的字符串
strip
去除符合表
readelf
分析elf并显示信息
链接器可以读写各种目标文件中的信息,通过BFD(binary file descriptor)提供的工具实现,BFD定义了类似a.out, elf, coff等目标文件的格式。
4.gcc预处理程序
1)define指令
#可将传递的宏字符串化
##将两个名字连接成一个(注意不是连接成字符串)
例:#define TEST(ARGTERM) /
printf(“the term “ #ARGTERM “is a string/n”)
使用__VA_ARGS__定义可变参数宏
例:#define err(...) fprintf(stderr, __VA_ARGS)
err (“%s %d/n”, “error code is”, 48);
为了消除无参数时的逗号,可以用下面方法定义:
# define err(...) fprintf(stderr, ##__VA_ARGS)
一种等同的方法是:
#define dprintf(fmt, arg...) printf(fmt, ##arg)
其他例:#define PASTE(a, b) a##b
2)error 和 warning指令
#error “y here? bad boy!”
3)if, elif, else, endif指令
支持的运算符:加减乘除,位移,&&,||,!等
示例:#if defined (CONFIG_A) || defined (CONFIG_B)
……
#endif
4)gcc预定义宏
__BASE_FILE__
完整的源文件名路径
__cplusplus
测试c++程序
__DATE__
__FILE__
源文件名
__func__
替代__FUNCTION__,__FUNCTION__以被GNU不推荐使用
__TIME__
__LINE__
__VERSION__
gcc版本
5)几个简单例子:
例1:
#define min(X, Y) /
(__extension__ ({typeof (X) __x = (X), __y = (Y); /
(__x < __y) ? __x : __y; }))
#define max(X, Y) /
(__extension__ ({typeof (X) __x = (X), __y = (Y); /
(__x > __y) ? __x : __y; }))
这样做的目的是消除宏对X,Y的改变的影响,例如:result = min(x++, --y); printf(x, y);
补充:圆括号定义的符合语句可以生成返回值,例:
result = ({ int a = 5;
int b;
b = a + 3;
}); 将返回8
例2:
#define dprintfbin(buf, size) do{ int i; /
printf("%s(%d)@", /
__FUNCTION__, __LINE__); /
for(i = 0; i < size - 1; i++){ /
if(0 == i % 16) /
printf("/n"); /
printf("0x%02x ", ((char*)buf)[i]); /
} /
printf("0x%02x/n", ((char*)buf)[i]); /
}while(0)
这个比较简单,不用解释了
例3:
#ifdef __cplusplus
extern "C"{
#endif
int foo1(void);
int foo2(void);
#ifdef __cplusplus
}
#endif
作用:在c++程序中使用c函数及库,c++编译程序时将函数名粉碎成自己的方式,在没有extern的情况下可能是_Z3_foo1,_Z3_foo2将导致连接错误,这里的extern表示在连接库时,使用foo1,foo2函数名。
5.gcc编译的一些知识
gcc -E hello.c -o hello.i 只预处理
gcc -S hello.c -o hello.s 只编译
gcc -c -fpic first.c second.c
编译成共享库:-fpic选项告诉连接器使用got表定位跳转指令,使加载器可以加载该动态库到任何地址(具体过程可在本文后面找到)
6.gcc对c语言的扩展
void fetal_error() __attribute__(noreturn); 声明函数:无返回值
__attribute__((noinline)) int foo1(){……}定义函数:不扩展为内联函数
int getlim() __attribute__((pure, noinline));声明函数:不内联,不修改全局变量
void mspec(void) __attribute__((section(“specials”)));声明函数:连接到特定节中
补充:除非使用-O优化级别,否则函数不会真正的内联。
其他属性:
函数
always_inline
函数
const
同pure
函数
constructor
加入到crt0调用的初始化函数表
函数
deprecated
无论何时调用函数,总是让编译器警告
函数
destructor
函数
section
放到命名的section中,而不是默认的.text
变量
aligned
分配该变量内存地址时对齐属性,例:
int value __attribute__((aligned(32)));
变量
deprecated
无论何时引用变量,总是让编译器警告
变量
packed
使数据结构使用最小的空间,例如:
typedef struct zrecord{
char a;
int b __attribute((packed));
}zrecord_t;
变量b在内存中和a没有空隙
变量
section
同上,例:
int trigger __attribute__((section(“domx”))) = 0;
类型
aligned
同上,例:
struc blockm{
char j[3];
}__attribute__((aligned(32)));
类型
deprecated
同上
类型
packed
同上
gcc内嵌函数:
void *__builtin_return_address(unsigned int level);
void *__builtin_frame_address(unsigned int leve);
以上两个函数可以用于回溯函数栈,如果编译器优化成noframe呢,谁愿意验证一下?
gcc使用__asm__, __typeof__, __inline__替代asm, typeof, inline。-std和-ansi会使后者失去功能。
标识符局部化,使用__label__标签:
int main(……){
{
__label__ jmp1;
goto jmp1;
}
goto jmp1; /* 错误:jmp1未定义 */
}
typeof的一些技巧:
char *chptr
a char point
typeof (*chptr) ch;
a char
typeof (ch) *chptr2;
a char point
typeof(chptr) chparray[10];
ten char pointers
typeof(*chptr) charray[10];
ten char
typeof (ch) charray2[10];
ten chars
7.objdump程序
-a
文档头文件信息
-d
可执行代码的反汇编
-D
反汇编可执行代码及数据
-f
完整文件头的内容
-h
section表
-p
目标格式的文件头内容
调试器呢?网上的gdb教程已足够的多,不再画蛇添足了。
8.平台IA32的一些知识
指令码格式:
指令前缀(0~4字节)
操作码(1~3字节)
可选修饰符(0~4字节)
可选数据元素(0~4字节)
指令前缀:较重要的有内存锁定前缀(smp系统中使用)
操作码:ia32唯一必须的部分
修饰符:使用哪些寄存器,寻址方式,SIB字节
数据元素:静态数值或内存位置
ia32比较重要的技术:指令预取,解码管线,分支预测,乱序执行引擎
(网络上可以找到很多相关的文章)
通用寄存器(8个32位):eax, ebx, ecx, edx, esi, edi, esp, ebp
端寄存器(6个16位):cs, ds, ss, es, fs, gs
指令指针(1个32位):eip
浮点寄存器(8个80位):形成一个fpu堆栈
控制寄存器(5个32位):cr0, cr1, cr2, cr3, cr4
较重要的是cr0:控制操作模式和处理器状态
cr3:内存分页表描述寄存器
调试寄存器(8个32位):
标识寄存器(1个32位):状态,控制,系统(共使用17位):陷阱,中断,进位,溢出等
说明:mmx使用fpu堆栈作为寄存器,sse, sse2, sse3没有寄存器,只提供相关的指令功能。
9.gas汇编工具:as(at&t风格)语法说明
使用$标识立即数
再寄存器前面加上%
源操作数在前,目标操作数在后
使用$获取变量地址
长跳转使用:ljmp $section, $offset
一个简单的汇编语言程序框架:
.section .data
……
.section .bss
……
.section .text
.globl _start
_start:
……
范例:
#cpuid2.s View the CPUID Vendor ID string using C library calls
.section .datatext
output:
.asciz "The processor Vendor ID is '%s'/n"
.section .bss
.lcomm buffer, 12
.section .text
.globl _start
_start:
movl $0, %eax
cpuid
movl $buffer, %edi
movl %ebx, (%edi)
movl %edx, 4(%edi)
movl %ecx, 8(%edi)
pushl $buffer
pushl $output
call printf
addl $8, %esp
pushl $0
call exit
伪指令说明:
data
.ascii
定义字符串,没有/0结束标记
data
.asciz
有/0结束标记
data
.byte
字节
data
.int
32位
data
.long
32位
data
.shot
16位
bss
.lcomm
对于上面的例子是声明12字节的缓冲区,l标识local,仅当前汇编程序可用
bss
.comm
通用内存区域
data/text
.equ
.equ LINUX_SYS_CALL, 0x80
movl $ LINUX_SYS_CALL, %eax
说明:equ不是宏而是常量,会占据数据/代码段空间
指令集说明:
movb/movw/movl
cmov
根据cf, of, pf, zf等标识位判断并mov
xchg
操作时会lock内存,非常耗费cpu时间
bswap
翻转寄存器中字节序
xadd
pushx, popx
pushad, popad
jmp
call
cmp
jz/jb/jne/jge
loop
addb/addw/addl
subb/subw/subl
dec/inc
mulb/muw/mull
无符号乘法
源操作数长度
目标操作数
目标位置
8位
al
ax
16位
ax
dx:ax
32位
eax
edx:eax
imul有符合乘法
divb/divw/divl
无符合除法
(被除数在eax中,除数在指令中给出)
被除数
被除数长
商
余数
ax
16位
al
ah
dx:ax
32位
ax
dx
edx:eax
64位
eax
edx
idiv有符合除法
sal/shl/sar/shr
移位
rol/ror/rcl/rcr
循环移位
leal
取地址:leal output, %eax
等同于:movl $output, %eax
rep
rep movsb 执行ecx次
lodsb/lodsw/lodsl
stosb/stosw/stosl
取存内存中的数据
gas程序范例(函数调用):
文件1:area.s定义函数area
# area.s - The areacircumference function
.section .text
.type area, @function
.globl area
area:
pushl %ebp
movl %esp, %ebp
subl $4, %esp
fldpi
filds 8(%ebp)
fmul %st(0), %st(0)
fmulp %st(0), %st(1)
fstps -4(%ebp)
movl -4(%ebp), %eax
movl %ebp, %esp
popl %ebp
ret
文件2:functest4.s调用者
# functest4.s - An example of using external functions
.section .data
precision:
.byte 0x
.section .bss
.lcomm result, 4
.section .text
.globl _start
_start:
nop
finit
fldcw precision
pushl $10
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
pushl $2
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
pushl $120
call area
addl $4, %esp
movl %eax, result
movl $1, %eax
movl $0, %ebx
int $0x80
10.读连接器和加载器的一些笔记,感谢原作者colyli at gmail dot com,看了他翻译的lnl及写的一个os,受益匪浅。
如果不是很深入的研究连接器和加载器的话,了解一些原理就足够了。举个例子说明吧:
1 #include <unistd.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <stdio.h>
4 #include <string.h>
5
6 int a = 1;
7 int main()
8 {
9 printf("value: %d/n", a);
10
11 return 0;
12 }
编译指令:gcc -c hello.c -o hello.o 汇编
gcc -o hello hello.o 编译
objdump -d hello.o 反汇编目标文件
objdump -d hello 反汇编可执行文件
比较两端结果:
objdump -d hello.o
objdump -d hello
00000000 <main>:
0: 55 push %ebp
1: 89 e5 mov %esp,%ebp
3: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
6: 83 e
9: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
e:
11:
14: c1 e8 04 shr $0x4,%eax
17: c1 e0 04 shl $0x4,%eax
25: 68 00 00 00 00 push $0x0
32: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
37: c9 leave
38: c3 ret
08048368 <main>:
8048368: 55 push %ebp
8048369: 89 e5 mov %esp,%ebp
804836b: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
804836e: 83 e
8048371: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax
8048376:
8048379:
8048382:
8048384: 83 ec 08 sub $0x8,%esp
8048387: ff 35 94 95 04 08 pushl 0x8049594
804838d: 68 84 84 04 08 push $0x8048484
8048392: e8 19 ff ff ff call 80482b0
<printf@plt>
8048397:
简单说明:由于程序运行时访问内存,执行跳转都需要确切的地址。所以汇编处理的目标文件里面没有包含,而是把这个工作放到连接器中:即定位地址。
当程序需要动态链接到某个库上时,使用该库的got表动态定位跳转即可。
具体可以看colyli大侠的《链接器和加载器Beta 2》,及《从程序员角度看ELF》
11.连接器脚本ld—script(相关内容来自《GLD中文手册》)
ld --verbose查看默认链接脚本
ld把一定量的目标文件跟档案文件连接起来,并重定位它们的数据,连接符号引用.一般在编译一个程序时,最后一步就是运行ld。
实例1:
SECTIONS
{
. = 0x10000;
.text : { *(.text) }
. = 0x8000000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
注释:“.”是定位计数器,设置当前节的地址。
实例2:
floating_point = 0;
SECTIONS
{
. = ALIGN(4);
.text :
{
*(.text)
_etext = .;
PROVIDE(etext = .);
}
. = ALIGN(4);
_bdata = (. + 3) & ~ 3;
.data : { *(.data) }
}
注释:定义一个符合_etext,地址为.text结束的地方,注意源程序中不能在此定义该符合,否则链接器会提示重定义,而是应该象下面这样使用:
extern char _etext;
但是可以在源程序中使用etext符合,连接器不导出它到目标文件。
实例3:
SECTIONS {
outputa 0x10000 :
{
all.o
foo.o (.input1)
}
outputb :
{
foo.o (.input2)
foo1.o (.input1)
}
outputc :
{
*(.input1)
*(.input2)
}
}
这个例子是一个完整的连接脚本。它告诉连接器去读取文件all.o中的所有节,并把它们放到输出节outputa的开始位置处, 该输出节是从位置0x10000处开始的。从文件foo.o中来的所有节.input1在同一个输出节中紧密排列。 从文件foo.o中来的所有节.input2全部放入到输出节outputb中,后面跟上从foo1.o中来的节.input1。来自所有文件的所有余下的.input1和.input2节被写入到输出节outputc中。
示例4:连接器填充法则:
SECTIONS { .text : { *(.text) } LONG(1) .data : { *(.data) } } 错误
SECTIONS { .text : { *(.text) ; LONG(1) } .data : { *(.data) } } 正确
示例5:VMA和LMA不同的情况
SECTIONS
{
.text 0x1000 : { *(.text) _etext = . ; }
.mdata 0x2000 :
AT ( ADDR (.text) + SIZEOF (.text) )
{ _data = . ; *(.data); _edata = . ; }
.bss 0x3000 :
{ _bstart = . ; *(.bss) *(COMMON) ; _bend = . ;}
}
程序:
extern char _etext, _data, _edata, _bstart, _bend;
char *src = &_etext;
char *dst = &_data;
/* ROM has data at end of text; copy it. */
while (dst < &_edata) {
*dst++ = *src++;
}
/* Zero bss */
for (dst = &_bstart; dst< &_bend; dst++)
*dst = 0;
示例6:linux-
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