Swifter's Log

$ cat hello.c
#include <stdio.h>
int main()
{
        printf("hello, world\n")
        return 0;
}
$ gcc -fsyntax-only hello.c
hello.c: In function ‘main’:
hello.c:5: error: expected ‘;’ before ‘return’
$ vim hello.c
$ cat hello.c
#include <stdio.h>
int main()
{
        printf("hello, world\n");
        int i;
        return 0;
}
$ gcc -std=c89 -pedantic-errors hello.c    #默认情况下，gcc是允许在程序中间声明变量的，但是turboc就不支持
hello.c: In function ‘main’:
hello.c:5: error: ISO C90 forbids mixed declarations and code

$ gcc -o hello hello.c            #采用默认选项，不优化
$ gcc -O2 -o hello2 hello.c        #优化等次是2
$ gcc -Os -o hellos hello.c        #优化目标代码的大小
$ ls -S hello hello2 hellos        #可以看到，hellos比较小,hello2比较大
hello2  hello  hellos
$ time ./hello
hello, world

real    0m0.001s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s
$ time ./hello2                #可能是代码比较少的缘故，执行效率看上去不是很明显
hello, world

real    0m0.001s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

$ time ./hellos                #虽然目标代码小了，但是执行效率慢了些
hello, world

real    0m0.002s
user    0m0.000s
sys     0m0.000s

$ gcc -S hello.c        #默认输出是hello.s，可自己指定，输出到屏幕-o -，输出到其他文件-o file
$ cat hello.s
cat hello.s
        .file   "hello.c"
        .section        .rodata
.LC0:
        .string "hello, world"
        .text
.globl main
        .type   main, @function
main:
        leal    4(%esp), %ecx
        andl    $-16, %esp
        pushl   -4(%ecx)
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        pushl   %ecx
        subl    $4, %esp
        movl    $.LC0, (%esp)
        call    puts
        movl    {logcontent}, %eax
        addl    $4, %esp
        popl    %ecx
        popl    %ebp
        leal    -4(%ecx), %esp
        ret
        .size   main, .-main
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.3 20070929 (prerelease) (Ubuntu 4.1.2-16ubuntu2)"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

$ file hello.s
hello.s: ASCII assembler program text
$ gcc -c hello.s        #用gcc把汇编语言编译成目标代码
$ file hello.o            #file命令可以用来查看文件的类型，这个目标代码是可重定位的(relocatable)，需要通过ld进行进一步的链接成可执行程序(executable)和共享库(shared)
hello.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped
$ as -o hello.o hello.s        #用as把汇编语言编译成目标代码
$ file hello.o
hello.o: ELF 32-bit LSB relocatable, Intel 80386, version 1 (SYSV), not stripped

$ gcc -c myprintf.c test.c        #编译产生两个目标文件myprintf.o和test.o，它们都是可重定位文件(REL)
$ readelf -h test.o | grep Type   
  Type:                              REL (Relocatable file)
$ readelf -h myprintf.o | grep Type
  Type:                              REL (Relocatable file)
$ gcc -o test myprintf.o test.o    #根据目标代码连接产生可执行文件，这里的文件类型是可执行的(EXEC)
$ readelf -h test | grep Type
  Type:                              EXEC (Executable file)
$ ar rcsv libmyprintf.a myprintf.o    #用ar命令创建一个静态连接库，静态连接库也是可重定位文件(REL)
$ readelf -h libmyprintf.a | grep Type    #因此，使用静态连接库和可重定位文件一样，它们之间唯一不
                                        #同是前者可以是多个可重定位文件的“集合”。
  Type:                              REL (Relocatable file)
$ gcc -o test test.o -llib -L./        #可以直接连接进去，也可以使用-l参数，-L指定库的搜索路径
$ gcc -Wall myprintf.o -shared -Wl,-soname,libmyprintf.so.0 -o libmyprintf.so.0.0
                                    #编译产生动态链接库，并支持major和minor版本号，动态链接库类型为DYN
$ ln -sf libmyprintf.so.0.0 libmyprintf.so.0
$ ln -sf libmyprintf.so.0 libmyprintf.so
$ readelf -h libmyprintf.so | grep Type
  Type:                              DYN (Shared object file)
$ gcc -o test test.o -llib -L./        #编译时和静态连接库类似，但是执行时需要指定动态连接库的搜索路径
$ LD_LIBRARY_PATH=./ ./test            #LD_LIBRARY_PATH为动态链接库的搜索路径
$ gcc -static -o test test.o -llib -L./    #在不指定static时会优先使用动态链接库，指定时则阻止使用动态连接库
                                        #这个时候会把所有静态连接库文件加入到可执行文件中，使得执行文件很大
                                        #而且加载到内存以后会浪费内存空间，因此不建议这么做

$ gcc -c myprintf.c            #默认编译好myprintf.c，将产生一个可重定位的文件myprintf.o
$ readelf -S myprintf.o        #通过查看myprintf.o的节区表查看节区信息
There are 11 section headers, starting at offset 0xc0:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        00000000 000034 000018 00  AX  0   0  4
  [ 2] .rel.text         REL             00000000 000334 000010 08      9   1  4
  [ 3] .data             PROGBITS        00000000 00004c 000000 00  WA  0   0  4
  [ 4] .bss              NOBITS          00000000 00004c 000000 00  WA  0   0  4
  [ 5] .rodata           PROGBITS        00000000 00004c 00000e 00   A  0   0  1
  [ 6] .comment          PROGBITS        00000000 00005a 000012 00      0   0  1
  [ 7] .note.GNU-stack   PROGBITS        00000000 00006c 000000 00      0   0  1
  [ 8] .shstrtab         STRTAB          00000000 00006c 000051 00      0   0  1
  [ 9] .symtab           SYMTAB          00000000 000278 0000a0 10     10   8  4
  [10] .strtab           STRTAB          00000000 000318 00001a 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
  I (info), L (link order), G (group), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)
$ objdump -d -j .text   myprintf.o      #这里是程序指令部分，用objdump的-d选项可以看到反编译的结果，
                                                                 #-j指定需要查看的节区
myprintf.o:     file format elf32-i386

Disassembly of section .text:

00000000 <myprintf>:
   0:   55                      push   %ebp
   1:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
   3:   83 ec 08                sub    {logcontent}x8,%esp
   6:   83 ec 0c                sub    {logcontent}xc,%esp
   9:   68 00 00 00 00          push   {logcontent}x0
   e:   e8 fc ff ff ff          call   f <myprintf+0xf>
  13:   83 c4 10                add    {logcontent}x10,%esp
  16:   c9                      leave
  17:   c3                      ret
$ readelf -r myprintf.o                         #用-r选项可以看到有关重定位的信息，这里有两部分需要重定位

Relocation section '.rel.text' at offset 0x334 contains 2 entries:
 Offset     Info    Type            Sym.Value  Sym. Name
0000000a  00000501 R_386_32          00000000   .rodata
0000000f  00000902 R_386_PC32        00000000   puts
$ readelf -x .rodata myprintf.o         #.rodata节区包含只读数据，即我们要打印的hello, world!.

Hex dump of section '.rodata':
  0x00000000 68656c6c 6f2c2077 6f726c64 2100     hello, world!.

$ readelf -x .data myprintf.o           #没有这个节区,.data应该包含一些初始化的数据

Section '.data' has no data to dump.
$ readelf -x .bss       mmyprintf.o             #也没有这个节区，.bss应该包含一些未初始化的数据，程序默认初始为0

Section '.bss' has no data to dump.
$ readelf -x .comment myprintf.o        #是一些注释，可以看到是是GCC的版本信息

Hex dump of section '.comment':
  0x00000000 00474343 3a202847 4e552920 342e312e .GCC: (GNU) 4.1.
  0x00000010 3200                                2.
$ readelf -x .note.GNU-stack myprintf.o #这个也没有内容

Section '.note.GNU-stack' has no data to dump.
$ readelf -x .shstrtab myprintf.o       #包括所有节区的名字

Hex dump of section '.shstrtab':
  0x00000000 002e7379 6d746162 002e7374 72746162 ..symtab..strtab
  0x00000010 002e7368 73747274 6162002e 72656c2e ..shstrtab..rel.
  0x00000020 74657874 002e6461 7461002e 62737300 text..data..bss.
  0x00000030 2e726f64 61746100 2e636f6d 6d656e74 .rodata..comment
  0x00000040 002e6e6f 74652e47 4e552d73 7461636b ..note.GNU-stack
  0x00000050 00                                  .

$ readelf -symtab myprintf.o    #符号表，包括所有用到的相关符号信息，如函数名、变量名

Symbol table '.symtab' contains 10 entries:
   Num:    Value  Size Type    Bind   Vis      Ndx Name
     0: 00000000     0 NOTYPE  LOCAL  DEFAULT  UND
     1: 00000000     0 FILE    LOCAL  DEFAULT  ABS myprintf.c
     2: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    1
     3: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    3
     4: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    4
     5: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    5
     6: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    7
     7: 00000000     0 SECTION LOCAL  DEFAULT    6
     8: 00000000    24 FUNC    GLOBAL DEFAULT    1 myprintf
     9: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND puts
$ readelf -x .strtab myprintf.o #字符串表，用到的字符串，包括文件名、函数名、变量名等。

Hex dump of section '.strtab':
  0x00000000 006d7970 72696e74 662e6300 6d797072 .myprintf.c.mypr
  0x00000010 696e7466 00707574 7300              intf.puts.

$ gcc -S myprintf.c
$ cat myprintf.s
        .file   "myprintf.c"
        .section        .rodata
.LC0:
        .string "hello, world!"
        .text
.globl myprintf
        .type   myprintf, @function
myprintf:
        pushl   %ebp
        movl    %esp, %ebp
        subl    $8, %esp
        subl    $12, %esp
        pushl   $.LC0
        call    puts
        addl    $16, %esp
        leave
        ret
        .size   myprintf, .-myprintf
        .ident  "GCC: (GNU) 4.1.2"
        .section        .note.GNU-stack,"",@progbits

$ readelf -S test.o                        #为了比较，先把test.o的节区表也列出
There are 10 section headers, starting at offset 0xb4:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type            Addr     Off    Size   ES Flg Lk Inf Al
  [ 0]                   NULL            00000000 000000 000000 00      0   0  0
  [ 1] .text             PROGBITS        00000000 000034 000024 00  AX  0   0  4
  [ 2] .rel.text         REL             00000000 0002ec 000008 08      8   1  4
  [ 3] .data             PROGBITS        00000000 000058 000000 00  WA  0   0  4
  [ 4] .bss              NOBITS          00000000 000058 000000 00  WA  0   0  4
  [ 5] .comment          PROGBITS        00000000 000058 000012 00      0   0  1
  [ 6] .note.GNU-stack   PROGBITS        00000000 00006a 000000 00      0   0  1
  [ 7] .shstrtab         STRTAB          00000000 00006a 000049 00      0   0  1
  [ 8] .symtab           SYMTAB          00000000 000244 000090 10      9   7  4
  [ 9] .strtab           STRTAB          00000000 0002d4 000016 00      0   0  1
Key to Flags:
  W (write), A (alloc), X (execute), M (merge), S (strings)
  I (info), L (link order), G (group), x (unknown)
  O (extra OS processing required) o (OS specific), p (processor specific)
$ gcc -o test test.o libmyprintf.o
$ readelf -l test        #我们发现，test和test.o,libmyprintf.o相比，多了很多节区，如.interp和.init等

Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x80482b0
There are 7 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  PHDR           0x000034 0x08048034 0x08048034 0x000e0 0x000e0 R E 0x4
  INTERP         0x000114 0x08048114 0x08048114 0x00013 0x00013 R   0x1
      [Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.2]
  LOAD           0x000000 0x08048000 0x08048000 0x0047c 0x0047c R E 0x1000
  LOAD           0x00047c 0x0804947c 0x0804947c 0x00104 0x00108 RW  0x1000
  DYNAMIC        0x000490 0x08049490 0x08049490 0x000c8 0x000c8 RW  0x4
  NOTE           0x000128 0x08048128 0x08048128 0x00020 0x00020 R   0x4
  GNU_STACK      0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW  0x4

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00    
   01     .interp
   02     .interp .note.ABI-tag .hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini .rodata .eh_frame
   03     .ctors .dtors .jcr .dynamic .got .got.plt .data .bss
   04     .dynamic
   05     .note.ABI-tag
   06    

$ gcc -v -o test test.o myprintf.o    #把可重定位文件链接成可执行文件
Reading specs from /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/specs
Target: i486-slackware-linux
Configured with: ../gcc-4.1.2/configure --prefix=/usr --enable-shared --enable-languages=ada,c,c++,fortran,java,objc --enable-threads=posix --enable-__cxa_atexit --disable-checking --with-gnu-ld --verbose --with-arch=i486 --target=i486-slackware-linux --host=i486-slackware-linux
Thread model: posix
gcc version 4.1.2
 /usr/libexec/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/collect2 --eh-frame-hdr -m elf_i386 -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/../../../crt1.o /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/../../../crti.o /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/crtbegin.o -L/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2 -L/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/../../../../i486-slackware-linux/lib -L/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/../../.. test.o myprintf.o -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/crtend.o /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/../../../crtn.o

$ ld --eh-frame-hdr \
-m elf_i386 \
-dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 \
-o test \
/usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o /usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/crtbegin.o \
test.o myprintf.o \
-L/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2 -L/usr/i486-slackware-linux/lib -L/usr/lib/ -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed -lc -lgcc --as-needed -lgcc_s --no-as-needed \
/usr/lib/gcc/i486-slackware-linux/4.1.2/crtend.o /usr/lib/crtn.o
$ ./test
hello, world!

$ ld -m elf_i386 -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test /usr/lib/crt1.o /usr/lib/crti.o test.o myprintf.o -L/usr/lib -lc /usr/lib/crtn.o    #后面发现不用链接libgcc，也不用--eh-frame-hdr参数
$ readelf -l test

Elf file type is EXEC (Executable file)
Entry point 0x80482b0
There are 7 program headers, starting at offset 52

Program Headers:
  Type           Offset   VirtAddr   PhysAddr   FileSiz MemSiz  Flg Align
  PHDR           0x000034 0x08048034 0x08048034 0x000e0 0x000e0 R E 0x4
  INTERP         0x000114 0x08048114 0x08048114 0x00013 0x00013 R   0x1
      [Requesting program interpreter: /lib/ld-linux.so.2]
  LOAD           0x000000 0x08048000 0x08048000 0x003ea 0x003ea R E 0x1000
  LOAD           0x0003ec 0x080493ec 0x080493ec 0x000e8 0x000e8 RW  0x1000
  DYNAMIC        0x0003ec 0x080493ec 0x080493ec 0x000c8 0x000c8 RW  0x4
  NOTE           0x000128 0x08048128 0x08048128 0x00020 0x00020 R   0x4
  GNU_STACK      0x000000 0x00000000 0x00000000 0x00000 0x00000 RW  0x4

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00    
   01     .interp
   02     .interp .note.ABI-tag .hash .dynsym .dynstr .gnu.version .gnu.version_r .rel.dyn .rel.plt .init .plt .text .fini .rodata
   03     .dynamic .got .got.plt .data
   04     .dynamic
   05     .note.ABI-tag
   06    
$ ./test
hello, world!

$ ld  -m elf_i386 -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test /usr/lib/crt1.o test.o myprintf.o -L/usr/lib/ -lc
/usr/lib/libc_nonshared.a(elf-init.oS): In function `__libc_csu_init':
(.text+0x25): undefined reference to `_init'

$ readelf -s /usr/lib/crt1.o | grep __libc_csu_init
    18: 00000000     0 NOTYPE  GLOBAL DEFAULT  UND __libc_csu_init
$ readelf -s /usr/lib/crti.o | grep _init
    17: 00000000     0 FUNC    GLOBAL DEFAULT    5 _init

$ ld  -m elf_i386 -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test test.o myprintf.o -L/usr/lib/ -lc
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000080481a4

$ ./test
hello, world!
Segmentation fault

$ gcc -g -c test.c myprintf.c    #产生目标代码, 非交叉编译，不指定-m也可以链接成功，所以下面可以去掉-m参数
$ ld -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test test.o myprintf.o -L/usr/lib -lc
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000080481d8   
$ ./test
hello, world!
Segmentation fault
$ gdb ./test
...
(gdb) l
1       #include "test.h"
2
3       int main()
4       {
5               myprintf();
6               return 0;
7       }
(gdb) break 7            #在程序的末尾设置一个断点
Breakpoint 1 at 0x80481bf: file test.c, line 7.
(gdb) r                    #程序都快结束了都没问题，怎么会到最后出个问题呢？
Starting program: /mnt/hda8/Temp/c/program/test
hello, world!

Breakpoint 1, main () at test.c:7
7       }
(gdb) n                    #单步执行看看，怎么下面一条指令是0x00000001，肯定是程序退出以后出了问题
0x00000001 in ?? ()
(gdb) n                    #诶，当然找不到边了，都跑到0x00000001了
Cannot find bounds of current function
(gdb) c                    #原来是这么回事，估计是return 0返回之后出问题了，看看它的汇编去。
Continuing.

Program received signal SIGSEGV, Segmentation fault.
0x00000001 in ?? ()
$ gcc -S test.c #产生汇编代码
$ cat test.s    #后面就这么几条指令，难不成ret返回有问题，不让它ret返回，把return改成_exit直接进入内核退出
...
        call    myprintf
        movl    {logcontent}, %eax
        addl    $4, %esp
        popl    %ecx
        popl    %ebp
        leal    -4(%ecx), %esp
        ret
...
$ vim test.c
$ cat test.c    #就把return语句修改成_exit了。
#include "test.h"
#include <unistd.h> /* _exit */

int main()
{
        myprintf();
        _exit(0);
}
$ gcc -g -c test.c myprintf.c
{logcontent}nbsp; ld -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test test.o myprintf.o -L/usr/lib -lc
ld: warning: cannot find entry symbol _start; defaulting to 00000000080481d8
$ ./test    #竟然好了，再看看汇编有什么不同
hello, world!
$ gcc -S test.c
$ cat test.s    #貌似就把ret指令替换成了_exit函数调用，直接进入内核，然内核让处理了，那为什么ret有问题呢？
...
        call    myprintf
        subl    $12, %esp
        pushl   {logcontent}
        call    _exit
...
$ gdb ./test    #把代码改回去（改成return 0;），再调试看看调用main函数返回时的下一条指令地址eip
...
(gdb) l
warning: Source file is more recent than executable.
1       #include "test.h"
2
3       int main()
4       {
5               myprintf();
6               return 0;
7       }
(gdb) break 5
Breakpoint 1 at 0x80481b5: file test.c, line 5.
(gdb) break 7
Breakpoint 2 at 0x80481bc: file test.c, line 7.
(gdb) r
Starting program: /mnt/hda8/Temp/c/program/test

Breakpoint 1, main () at test.c:5
5               myprintf();
(gdb) x/8x $esp    #发现0x00000001刚好是之前我们调试时看到的程序返回后的位置，即eip，说明程序在初始化的时候
                #这个eip就是错误的。为什么呢？因为我们根本没有链接进来初始化的代码，而是在编译器自己给我们
                #初始化了一个程序入口即00000000080481d8，也就是说，没有任何人调用main,main不知道返回哪里去
                #所以，我们直接让main结束时进入内核调用_exit而退出则不会有问题
0xbf929510:     0xbf92953c      0x080481a4      0x00000000      0xb7eea84f
0xbf929520:     0xbf92953c      0xbf929534      0x00000000      0x00000001 

$ ld --verbose  | grep ^ENTRY    #非交叉编译，可不用-m参数；ld默认找_start入口，并不是main哦！
ENTRY(_start)

$ cat test.c
#include "test.h"
#include <unistd.h>     /* _exit */

int main()
{
        myprintf();
        _exit(0);
}
$ gcc -S test.c
$ sed -i -e "s#main#_start#g" test.s    #把汇编中的main全部修改为_start，即修改程序入口为_start
$ gcc -c test.s myprintf.c
$ ld -dynamic-linker /lib/ld-linux.so.2 -o test test.o myprintf.o -L/usr/lib/ -lc    #果然没问题了 :-)
$ ./test
hello, world!

$ ld --verbose | grep PROVIDE | grep -v HIDDEN
  PROVIDE (__executable_start = 0x08048000); . = 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS;
  PROVIDE (__etext = .);
  PROVIDE (_etext = .);
  PROVIDE (etext = .);
  _edata = .; PROVIDE (edata = .);
  _end = .; PROVIDE (end = .);