汇编程序错误：Mach-O 64 位不支持绝对 32 位地址

Question

所以我在我的 mac 上学习 x86_64 nasm 汇编是为了好玩。在 hello world 和一些基本算术之后，我尝试从 this site 复制一个稍微高级一点的 hello world 程序并将其修改为 64 位 intel，但我无法摆脱这个错误消息：hello.s:53: error: Mach-O 64-bit format does not support 32-bit absolute addresses。这是我用来组装和链接的命令：nasm -f macho64 hello.s && ld -macosx_version_min 10.6 hello.o。这是相关的行：

cmp rsi, name+8

rsi 是我在循环中用于索引的寄存器，name 是为用户输入保留的四字，即名称，此时已经写入。

这里是部分代码（要查看其余部分，请单击链接并转到底部，唯一的区别是我使用的是64位寄存器）：

loopAgain:
mov al, [rsi]           ; al is a 1 byte register
cmp al, 0x0a            ; if al holds an ascii newline...
je exitLoop             ; then jump to label exitLoop

; If al does not hold an ascii newline...
mov rax, 0x2000004      ; System call write = 4
mov rdi, 1              ; Write to stdout = 1
mov rdx, 1              ; Size to write
syscall

inc rsi

cmp rsi, name+8         ; LINE THAT CAUSES ERROR
jl loopAgain

Answer 1

cmp 指令不支持 64 位立即数操作数。因此，您不能将 64 位立即地址引用放在其操作数之一中 - 将 name+8 加载到寄存器中，然后与该寄存器进行比较。

您可以在Intel ISA manual 中查看允许的指令编码（警告：巨大的 PDF）。正如您在 CMP 的条目中看到的那样，有 CMP r/m32, imm32 和 CMP r/m64, imm32 编码，它们允许将 32 位立即数与 32 位和 64 位寄存器进行比较，但不能比较 CMP r/m64, imm64。但是，有一个 MOV r64, imm64 编码。

或者更好的是，使用相对于 RIP 的 LEA：使用 default rel 然后 lea r64, [name+8]。这比mov r64, imm64 更高效、更小。

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由于 nasm 崩溃，MOV rcx, name+8 的失败只是 nasm 中的一个错误。请向 nasm 开发人员报告（确保您使用的是最新版本的 nasm；另外，请检查 this patch 是否无法解决问题）。不过，无论如何，一种解决方法是在name 的末尾添加一个符号：

name:
    resb 8
name_end:

现在只需使用MOV rcx, name_end。这样做的好处是当name 的大小发生变化时不需要更新所指对象。或者，您可以使用不同的汇编器，例如 clang 或 GNU binutils 汇编器。

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cmets 中的讨论指出 Linux 可以将符号地址用作 32 位立即数。这仅适用于与低 2GiB 虚拟地址空间中的基地址链接的非 PIE 可执行文件。但是 MacOS 选择将图像基地址放在 4GiB 以上，因此您不能将 mov r32, imm32 或 cmp r64, sign_extended_imm32 与符号地址一起使用。

Answer 2

我相信您面临的问题很简单：Mach-O 格式要求代码可重定位，这意味着必须通过相对地址而不是绝对地址来访问数据。也就是说，汇编器无法将 name 解析为常量，因为它不是常量，数据可以位于任何地址。

既然您知道数据的地址是相对于您的代码的地址的，那么看看您是否能理解 GCC 的输出。例如，

static unsigned global_var;
unsigned inc(void)
{
    return ++global_var;
}

_inc:
    mflr r0                                           ; Save old link register
    bcl 20,31,"L00000000001$pb"                       ; Jump
"L00000000001$pb":
    mflr r10                                          ; Get address of jump
    mtlr r0                                           ; Restore old link register
    addis r2,r10,ha16(_global_var-"L00000000001$pb")  ; Add offset to address
    lwz r3,lo16(_global_var-"L00000000001$pb")(r2)    ; Load global_var
    addi r3,r3,1                                      ; Increment global_var
    stw r3,lo16(_global_var-"L00000000001$pb")(r2)    ; Store global_var
    blr                                               ; Return

请注意，这是在 PowerPC 上，因为我不知道 x86-64 的 Mach-O ABI。在 PowerPC 上，您进行跳转，保存程序计数器，然后对结果进行算术运算。我相信在 x86-64 上会发生一些完全不同的事情。

（注意：如果您查看 GCC 的汇编输出，请尝试使用 -O2 查看它。我懒得查看 -O0，因为它太冗长且更难以理解。）

我的建议？ 除非您正在编写编译器（有时甚至是这样），否则请以以下两种方式之一编写汇编函数：

• 将所有必要的指针作为参数传递给函数，或者，
• 将程序集编写为 C 函数中的内联程序集。

这通常也更便于移植，因为您将更少依赖 ABI 的某些细节。但是 ABI 仍然很重要！如果您不了解 ABI 并遵循它，那么您将导致很难检测到的错误。例如，几年前 LibSDL 汇编代码中存在一个错误，导致 libc 的 memcpy（也是汇编）在某些非常特定的情况下复制错误的数据。