gcc, as, ld的一些笔记(转)

Reny

               
                               
http://blog.chinaunix.net/u1/33098/showart_260927.html
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。

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
#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                  \
                                          if(0
== i % 16)                            \
                                                 printf("\n");                   \
                                          printf("0x%02x
", ((char*)buf));       \
                                   }                                        \
                                   printf("0x%02x\n",
((char*)buf));            \
                            }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：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 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
  2 #include
  3 #include
  4 #include
  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 :
   
  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
    2f:  
  83 c4
  10        add $0x10,%esp
   
  32:   b8 00 00 00 00  mov  $0x0,%eax
   
  37:   c9            leave  
   
  38:   c3            ret   
  
  
  
  08048368 :
   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
                                             
   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 = (. + 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

    /* Zero bss */
    for (dst = &_bstart; dst

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。
               
               
               
               
               
               
               
               
               

本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/75045/showart_1434915.html