gcc, as, ld的一些笔记（一）（原创）

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 < __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：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。