1.本文不是教程，只是描述c語(yǔ)言（gcc環(huán)境），編譯器，連接器，加載器，at&t匯編，ia32一些相關(guān)知識(shí)和筆記，很多需要深入的地方需要大家尋找相關(guān)的資料學(xué)習(xí)。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，請(qǐng)留言或通知我jinglexy at yahoo dot com dot cn，這個(gè)是我的msn。打字不易，請(qǐng)轉(zhuǎn)載時(shí)保留作者：http://m.shnenglu.com/jinglexy
2.gcc安裝的各個(gè)部分：
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g++
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c++編譯器，鏈接時(shí)使用c++庫(kù)
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gcc
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c編譯器，鏈接時(shí)使用c庫(kù)
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cc1
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實(shí)際的c編譯器
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cc1plus
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實(shí)際的c++編譯器
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collect2
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使用collect2產(chǎn)生特定的全局初始化代碼，后臺(tái)處理是傳遞參數(shù)給ld完成實(shí)際的鏈接工作。
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crt0.o
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初始化和結(jié)束代碼
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libgcc
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平臺(tái)相關(guān)的庫(kù)
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gcc安裝需要的文件：
gcc-core-3.4.6.tar.gz2
gcc核心編譯器，默認(rèn)只包含c編譯器
gcc-g++-3.4.6.tar.bz2
g＋＋編譯器
gcc-testsuite-3.4.6.tar.bz2
測(cè)試套件
./configure && make && make install
3.binutils安裝的各個(gè)部分
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as
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gnu匯編工具
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gprof
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性能分析工具
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ld
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gnu鏈接器
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make
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objcopy
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目標(biāo)文件從二進(jìn)制格式翻譯或復(fù)制到另一種
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objdump
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顯示目標(biāo)文件的各種信息
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strings
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顯示文件的字符串
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strip
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去除符合表
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readelf
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分析elf并顯示信息
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鏈接器可以讀寫(xiě)各種目標(biāo)文件中的信息，通過(guò)BFD（binary file descriptor）提供的工具實(shí)現(xiàn)，BFD定義了類似a.out, elf, coff等目標(biāo)文件的格式。
4.gcc預(yù)處理程序
1)define指令
#可將傳遞的宏字符串化
##將兩個(gè)名字連接成一個(gè)（注意不是連接成字符串）
例：#define
TEST(ARGTERM) \
printf(“the
term “ #ARGTERM “is a string\n”)
使用__VA_ARGS__定義可變參數(shù)宏
例：#define err(...) fprintf(stderr,
__VA_ARGS)
err (“%s %d\n”, “error code is”,
48);
為了消除無(wú)參數(shù)時(shí)的逗號(hào)，可以用下面方法定義：
# define
err(...) fprintf(stderr,
##__VA_ARGS)
一種等同的方法是：
#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
支持的運(yùn)算符：加減乘除，位移，&&，||，!等
示例：#if defined (CONFIG_A) || defined (CONFIG_B)
……
#endif
4)gcc預(yù)定義宏
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__BASE_FILE__
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完整的源文件名路徑
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__cplusplus
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測(cè)試c++程序
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__DATE__
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__FILE__
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源文件名
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__func__
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替代__FUNCTION__，__FUNCTION__以被GNU不推薦使用
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__TIME__
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__LINE__
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__VERSION__
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gcc版本
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5)幾個(gè)簡(jiǎn)單例子：
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; }))
這樣做的目的是消除宏對(duì)X，Y的改變的影響，例如：result = min(x++, --y); printf(x, y);
補(bǔ)充：圓括號(hào)定義的符合語(yǔ)句可以生成返回值，例：
result = ({ int a = 5;
int b;
b = a + 3;
}); 將返回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)
這個(gè)比較簡(jiǎn)單，不用解釋了
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函數(shù)及庫(kù)，c＋＋編譯程序時(shí)將函數(shù)名粉碎成自己的方式，在沒(méi)有extern的情況下可能是_Z3_foo1，_Z3_foo2將導(dǎo)致連接錯(cuò)誤，這里的extern表示在連接庫(kù)時(shí)，使用foo1，foo2函數(shù)名。
5.gcc編譯的一些知識(shí)
gcc -E hello.c -o
hello.i 只預(yù)處理
gcc -S hello.c -o
hello.s 只編譯
gcc -c -fpic first.c second.c
編譯成共享庫(kù)：-fpic選項(xiàng)告訴連接器使用got表定位跳轉(zhuǎn)指令，使加載器可以加載該動(dòng)態(tài)庫(kù)到任何地址（具體過(guò)程可在本文后面找到）
6.gcc對(duì)c語(yǔ)言的擴(kuò)展
void fetal_error() __attribute__(noreturn); 聲明函數(shù)：無(wú)返回值
__attribute__((noinline)) int foo1(){……}定義函數(shù)：不擴(kuò)展為內(nèi)聯(lián)函數(shù)
int getlim() __attribute__((pure, noinline));聲明函數(shù)：不內(nèi)聯(lián)，不修改全局變量
void mspec(void) __attribute__((section(“specials”)));聲明函數(shù)：連接到特定節(jié)中
補(bǔ)充：除非使用-O優(yōu)化級(jí)別，否則函數(shù)不會(huì)真正的內(nèi)聯(lián)。
其他屬性：
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函數(shù)
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always_inline
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函數(shù)
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const
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同pure
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函數(shù)
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constructor
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加入到crt0調(diào)用的初始化函數(shù)表
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函數(shù)
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deprecated
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無(wú)論何時(shí)調(diào)用函數(shù)，總是讓編譯器警告
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函數(shù)
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destructor
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函數(shù)
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section
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放到命名的section中，而不是默認(rèn)的.text
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變量
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aligned
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分配該變量?jī)?nèi)存地址時(shí)對(duì)齊屬性，例：
int value __attribute__((aligned(32)));
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變量
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deprecated
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無(wú)論何時(shí)引用變量，總是讓編譯器警告
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變量
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packed
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使數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)使用最小的空間，例如：
typedef struct zrecord{
char a;
int b __attribute((packed));
}zrecord_t;
變量b在內(nèi)存中和a沒(méi)有空隙
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變量
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section
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同上，例：
int trigger __attribute__((section(“domx”))) = 0;
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類型
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aligned
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同上，例：
struc blockm{
char j[3];
}__attribute__((aligned(32)));
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類型
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deprecated
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同上
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類型
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packed
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同上
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gcc內(nèi)嵌函數(shù)：
void *__builtin_return_address(unsigned int level);
void *__builtin_frame_address(unsigned int leve);
以上兩個(gè)函數(shù)可以用于回溯函數(shù)棧，如果編譯器優(yōu)化成noframe呢，誰(shuí)愿意驗(yàn)證一下？
gcc使用__asm__,
__typeof__, __inline__替代asm, typeof, inline。-std和-ansi會(huì)使后者失去功能。
標(biāo)識(shí)符局部化，使用__label__標(biāo)簽：
int main(……){
{
__label__ jmp1;
goto jmp1;
}
goto
jmp1;
/* 錯(cuò)誤：jmp1未定義 */
}
typeof的一些技巧：
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char *chptr
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a char point
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typeof (*chptr) ch;
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a char
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typeof (ch) *chptr2;
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a char point
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typeof(chptr) chparray[10];
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ten char pointers
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typeof(*chptr) charray[10];
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ten char
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typeof (ch) charray2[10];
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ten chars
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7.objdump程序
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-a
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文檔頭文件信息
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-d
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可執(zhí)行代碼的反匯編
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-D
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反匯編可執(zhí)行代碼及數(shù)據(jù)
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-f
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完整文件頭的內(nèi)容
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-h
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section表
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-p
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目標(biāo)格式的文件頭內(nèi)容
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調(diào)試器呢？網(wǎng)上的gdb教程已足夠的多，不再畫(huà)蛇添足了。
8.平臺(tái)IA32的一些知識(shí)
指令碼格式：
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指令前綴（0～4字節(jié)）
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操作碼（1～3字節(jié)）
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可選修飾符（0～4字節(jié)）
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可選數(shù)據(jù)元素（0～4字節(jié)）
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指令前綴：較重要的有內(nèi)存鎖定前綴（smp系統(tǒng)中使用）
操作碼：ia32唯一必須的部分
修飾符：使用哪些寄存器，尋址方式，SIB字節(jié)
數(shù)據(jù)元素：靜態(tài)數(shù)值或內(nèi)存位置
ia32比較重要的技術(shù)：指令預(yù)取，解碼管線，分支預(yù)測(cè)，亂序執(zhí)行引擎
（網(wǎng)絡(luò)上可以找到很多相關(guān)的文章）
通用寄存器（8個(gè)32位）：eax, ebx,
ecx, edx, esi, edi, esp, ebp
端寄存器（6個(gè)16位）：cs, ds, ss,
es, fs, gs
指令指針（1個(gè)32位）：eip
浮點(diǎn)寄存器（8個(gè)80位）：形成一個(gè)fpu堆棧
控制寄存器（5個(gè)32位）：cr0, cr1,
cr2, cr3, cr4
較重要的是cr0：控制操作模式和處理器狀態(tài)
cr3：內(nèi)存分頁(yè)表描述寄存器
調(diào)試寄存器（8個(gè)32位）：
標(biāo)識(shí)寄存器（1個(gè)32位）：狀態(tài)，控制，系統(tǒng)（共使用17位）：陷阱，中斷，進(jìn)位，溢出等
說(shuō)明：mmx使用fpu堆棧作為寄存器，sse,
sse2, sse3沒(méi)有寄存器，只提供相關(guān)的指令功能。
9.gas匯編工具：as（at&t風(fēng)格）語(yǔ)法說(shuō)明
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使用$標(biāo)識(shí)立即數(shù)
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再寄存器前面加上%
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源操作數(shù)在前，目標(biāo)操作數(shù)在后
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使用$獲取變量地址
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長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)使用：ljmp $section, $offset
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一個(gè)簡(jiǎn)單的匯編語(yǔ)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
偽指令說(shuō)明：
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data
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.ascii
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定義字符串，沒(méi)有\0結(jié)束標(biāo)記
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data
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.asciz
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有\0結(jié)束標(biāo)記
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data
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.byte
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字節(jié)
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data
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.int
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32位
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data
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.long
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32位
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data
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.shot
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16位
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bss
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.lcomm
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對(duì)于上面的例子是聲明12字節(jié)的緩沖區(qū)，l標(biāo)識(shí)local，僅當(dāng)前匯編程序可用
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bss
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.comm
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通用內(nèi)存區(qū)域
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data/text
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.equ
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.equ LINUX_SYS_CALL, 0x80
movl $ LINUX_SYS_CALL, %eax
說(shuō)明：equ不是宏而是常量，會(huì)占據(jù)數(shù)據(jù)/代碼段空間
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指令集說(shuō)明：
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movb/movw/movl
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cmov
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根據(jù)cf, of, pf, zf等標(biāo)識(shí)位判斷并mov
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xchg
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操作時(shí)會(huì)lock內(nèi)存，非常耗費(fèi)cpu時(shí)間
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bswap
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翻轉(zhuǎn)寄存器中字節(jié)序
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xadd
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pushx, popx
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pushad, popad
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jmp
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call
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cmp
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jz/jb/jne/jge
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loop
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addb/addw/addl
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subb/subw/subl
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dec/inc
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mulb/muw/mull
無(wú)符號(hào)乘法
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源操作數(shù)長(zhǎng)度
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目標(biāo)操作數(shù)
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目標(biāo)位置
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8位
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al
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ax
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16位
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ax
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dx:ax
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32位
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eax
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edx:eax
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imul有符合乘法
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divb/divw/divl
無(wú)符合除法
（被除數(shù)在eax中，除數(shù)在指令中給出）
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被除數(shù)
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被除數(shù)長(zhǎng)
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商
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余數(shù)
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ax
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16位
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al
|
ah
|
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dx:ax
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32位
|
ax
|
dx
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|
edx:eax
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64位
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eax
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edx
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idiv有符合除法
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sal/shl/sar/shr
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移位
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rol/ror/rcl/rcr
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循環(huán)移位
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leal
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取地址：leal output, %eax
等同于：movl $output, %eax
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rep
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rep movsb 執(zhí)行ecx次
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lodsb/lodsw/lodsl
stosb/stosw/stosl
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取存內(nèi)存中的數(shù)據(jù)
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gas程序范例（函數(shù)調(diào)用）：
文件1：area.s定義函數(shù)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調(diào)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.讀連接器和加載器的一些筆記，感謝原作者colyli at gmail
dot com，看了他翻譯的lnl及寫(xiě)的一個(gè)os，受益匪淺。
如果不是很深入的研究連接器和加載器的話，了解一些原理就足夠了。舉個(gè)例子說(shuō)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 }
編譯指令：gcc -c hello.c -o
hello.o
匯編
gcc -o hello
hello.o
編譯
objdump -d
hello.o
反匯編目標(biāo)文件
objdump -d
hello
反匯編可執(zhí)行文件
比較兩端結(jié)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
|
簡(jiǎn)單說(shuō)明：由于程序運(yùn)行時(shí)訪問(wèn)內(nèi)存，執(zhí)行跳轉(zhuǎn)都需要確切的地址。所以匯編處理的目標(biāo)文件里面沒(méi)有包含，而是把這個(gè)工作放到連接器中：即定位地址。
當(dāng)程序需要?jiǎng)討B(tài)鏈接到某個(gè)庫(kù)上時(shí)，使用該庫(kù)的got表動(dòng)態(tài)定位跳轉(zhuǎn)即可。
具體可以看colyli大俠的《鏈接器和加載器Beta 2》，及《從程序員角度看ELF》
11.連接器腳本ld—script（相關(guān)內(nèi)容來(lái)自《GLD中文手冊(cè)》）
ld --verbose查看默認(rèn)鏈接腳本
ld把一定量的目標(biāo)文件跟檔案文件連接起來(lái),并重定位它們的數(shù)據(jù),連接符號(hào)引用.一般在編譯一個(gè)程序時(shí),最后一步就是運(yùn)行ld。
實(shí)例1：
SECTIONS
{
. = 0x10000;
.text : { *(.text) }
. = 0x8000000;
.data : { *(.data) }
.bss : { *(.bss) }
}
注釋：“.”是定位計(jì)數(shù)器，設(shè)置當(dāng)前節(jié)的地址。
實(shí)例2：
floating_point = 0;
SECTIONS
{
. = ALIGN(4);
.text :
{
*(.text)
_etext = .;
PROVIDE(etext = .);
}
. = ALIGN(4);
_bdata = (. + 3) & ~ 3;
.data : { *(.data) }
}
注釋：定義一個(gè)符合_etext，地址為.text結(jié)束的地方，注意源程序中不能在此定義該符合，否則鏈接器會(huì)提示重定義，而是應(yīng)該象下面這樣使用：
extern char _etext;
但是可以在源程序中使用etext符合，連接器不導(dǎo)出它到目標(biāo)文件。
實(shí)例3：
SECTIONS {
outputa 0x10000 :
{
all.o
foo.o (.input1)
}
outputb :
{
foo.o (.input2)
foo1.o (.input1)
}
outputc :
{
*(.input1)
*(.input2)
}
}
這個(gè)例子是一個(gè)完整的連接腳本。它告訴連接器去讀取文件all.o中的所有節(jié)，并把它們放到輸出節(jié)outputa的開(kāi)始位置處， 該輸出節(jié)是從位置0x10000處開(kāi)始的。從文件foo.o中來(lái)的所有節(jié).input1在同一個(gè)輸出節(jié)中緊密排列。 從文件foo.o中來(lái)的所有節(jié).input2全部放入到輸出節(jié)outputb中，后面跟上從foo1.o中來(lái)的節(jié).input1。來(lái)自所有文件的所有余下的.input1和.input2節(jié)被寫(xiě)入到輸出節(jié)outputc中。
示例4：連接器填充法則：
SECTIONS { .text : { *(.text) } LONG(1)
.data : { *(.data) }
}
錯(cuò)誤
SECTIONS { .text : { *(.text) ;
LONG(1) } .data : { *(.data) }
} 正確
示例5：VMA和LMA不同的情況
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-2.6.14/arch/i386/kernel
$ vi vmlinux.lds.S
linux內(nèi)核的鏈接腳本，自行分析吧，有點(diǎn)復(fù)雜哦。