在 C 中运行时生成函数答案

【问题标题】：Generating functions at runtime in C在 C 中运行时生成函数
【发布时间】：2013-02-12 05:26:59
【问题描述】：

我想在运行时在 C 中生成一个函数。我的意思是我本质上想分配一些内存，指向它并通过函数指针执行它。我意识到这是一个非常复杂的话题，我的问题很幼稚。我也意识到有一些非常强大的库可以做到这一点（例如nanojit）。

但我想从基础开始学习这项技术。有知识的人可以给我一个非常简单的 C 示例吗？

编辑： 下面的答案很好，但这里是 Windows 的相同示例：

#include <Windows.h>

#define MEMSIZE 100*1024*1024
typedef void (*func_t)(void);

int main() {

    HANDLE proc = GetCurrentProcess();
    LPVOID p = VirtualAlloc(
        NULL,
        MEMSIZE,
        MEM_RESERVE|MEM_COMMIT,
        PAGE_EXECUTE_READWRITE);

    func_t func = (func_t)p;
    PDWORD code = (PDWORD)p;
    code[0] = 0xC3; // ret

    if(FlushInstructionCache(
        proc,
        NULL,
        0))
    {
        func();
    }

    CloseHandle(proc);
    VirtualFree(p, 0, MEM_RELEASE);
    return 0;
}

【问题讨论】：

这有一个普遍的问题，即 C89/90 标准明确规定将任意指针转换为函数指针是未定义的行为（G.2: i> 指向函数的指针被转换为指向对象的指针，或者指向对象的指针被转换为指向函数的指针。）我会很惊讶（但很感兴趣）！）如果你真的能以一种可移植的、符合标准的方式做到这一点。
请注意，在运行时生成代码存在重大的安全缺陷。攻击者通常对流经您的程序的数据有一定程度的控制。如果您有攻击者控制的数据成为攻击者控制的代码的途径，那么攻击者就有途径在您/您客户的机器上安装恶意软件。混合数据和代码后果自负！
谢谢马特，我知道它的风险和复杂性。我的理解是，这通常是 JIT 工具使用的技术，本质上是编译器。如果我错了，请纠正我。
从 C11 开始（尚未检查 C99），将函数指针转换为对象指针不再是未定义行为：它现在被视为实现提供的扩展 (J.5.7)。即它是允许的。

标签： c function function-pointers jit dynamically-generated

【解决方案1】：

正如其他发帖人之前所说，您需要非常了解您的平台。

忽略将对象指针转换为函数指针的问题，从技术上讲，UB，这是一个适用于 x86/x64 OS X（也可能是 Linux）的示例。生成的代码所做的只是返回给调用者。

#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>

typedef void (*func_t)(void);

int main() {
    /*
     * Get a RWX bit of memory.
     * We can't just use malloc because the memory it returns might not
     * be executable.
     */
    unsigned char *code = mmap(NULL, getpagesize(),
            PROT_READ|PROT_EXEC|PROT_WRITE,
            MAP_SHARED|MAP_ANON, 0, 0);

    /* Technically undefined behaviour */
    func_t func = (func_t) code;

    code[0] = 0xC3; /* x86 'ret' instruction */

    func();

    return 0;
}

显然，这在不同平台上会有所不同，但它概述了所需的基本知识：获取内存的可执行部分、写入指令、执行指令。

【讨论】：

据记录，Windows 中的相应函数似乎是带有 PAGE_EXECUTE_READWRITE 标志的 VirtualAlloc。

【解决方案2】：

这需要您了解您的平台。例如，您平台上的 C 调用约定是什么？参数存储在哪里？哪个寄存器保存返回值？哪些寄存器必须保存和恢复？一旦你知道这一点，你基本上可以编写一些 C 代码，将代码组装到一块内存中，然后将该内存转换为函数指针（尽管这在 ANSI C 中技术上是禁止的，并且取决于你的平台是否标记了某些页面，这将不起作用内存作为不可执行的 aka NX 位）。

解决这个问题的简单方法是编写一些代码，编译它，然后反汇编它并查看哪些字节对应于哪些指令。您可以编写一些 C 代码，用该字节集合填充分配的内存，然后将其转换为适当类型的函数指针并执行。

最好先阅读calling conventions 以了解您的架构和编译器。然后学习编写可以从 C 调用的程序集（即遵循调用约定）。

【讨论】：

【解决方案3】：

如果您有工具，它们可以帮助您更轻松地完成一些事情。例如，与其尝试设计正确的函数序言/尾声，我可以直接在 C 中编写代码：

int  foo(void* Data)
    {
    return (Data != 0);
    }

然后（Windows 下的 MicrosoftC）将其提供给“cl /Fa /c foo.c”。然后我可以看看“foo.asm”：

_Data$ = 8
; Line 2
        push    ebp
        mov     ebp, esp
; Line 3
        xor     eax, eax
        cmp     DWORD PTR _Data$[ebp], 0
        setne   al
; Line 4
        pop     ebp
        ret     0

我还可以使用“dumpbin /all foo.obj”来查看函数的确切字节是：

00000000: 55 8B EC 33 C0 83 7D 08 00 0F 95 C0 5D C3

只是节省了我一些时间让字节完全正确......

【讨论】：