首页 > 代码库 > gcc, as, ld(转载)
gcc, as, ld(转载)
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
转自:http://www.cppblog.com/jinglexy/archive/2007/04/19/22298.html
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-3.4.6.tar.gz2 gcc核心编译器,默认只包含c编译器
gcc-g++-3.4.6.tar.bz2 g++编译器
gcc-testsuite-3.4.6.tar.bz2 测试套件
./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:
<!--[if !supportMisalignedColumns]--> <!--[endif]-->
| 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 0x7f, 0x00
.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 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp 9: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax e: 83 c0 0f add $0xf,%eax 11: 83 c0 0f add $0xf,%eax 14: c1 e8 04 shr $0x4,%eax 17: c1 e0 04 shl $0x4,%eax 1a: 29 c4 sub %eax,%esp 1c: 83 ec 08 sub $0x8,%esp 1f: ff 35 00 00 00 00 pushl 0x0 25: 68 00 00 00 00 push $0x0 2a: e8 fc ff ff ff call 2b <main+0x2b> 2f: 83 c4 10 add $0x10,%esp 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 e4 f0 and $0xfffffff0,%esp 8048371: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 8048376: 83 c0 0f add $0xf,%eax 8048379: 83 c0 0f add $0xf,%eax 804837c: c1 e8 04 shr $0x4,%eax 804837f: c1 e0 04 shl $0x4,%eax 8048382: 29 c4 sub %eax,%esp 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: 83 c4 10 add $0x10,%esp 804839a: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax 804839f: c9 leave 80483a0: c3 ret 80483a1: 90 nop 80483a2: 90 nop 80483a3: 90 nop |
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 = http://www.mamicode.com/(. + 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 = http://www.mamicode.com/. ; *(.data); _edata = . ; } .bss 0x3000 : { _bstart = . ; *(.bss) *(COMMON) ; _bend = . ;} }
程序:
extern char _etext, _data, _edata, _bstart, _bend; char *src = http://www.mamicode.com/&_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-2.6.14/arch/i386/kernel $ vi vmlinux.lds.S
linux内核的链接脚本,自行分析吧,有点复杂哦。
gcc, as, ld(转载)