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：

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

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

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：

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：

7.objdump程序

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：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

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：

指令集说明：

<!--[if !supportMisalignedColumns]-->         <!--[endif]-->

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：

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 &lt; &_edata) {       *dst++ = *src++;     }

/* Zero bss */     for (dst = &_bstart; dst&lt; &_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。