C 结构的内存布局的可视化答案

【问题标题】：Visualisation of the memory layout of C structsC 结构的内存布局的可视化
【发布时间】：2016-03-11 09:32:40
【问题描述】：

我目前正在开发一个与其他汇编代码大量交互的 C 项目。我们正在对我们正在使用的控制块和结构进行自制的可视化，我正在锁定一个关于如何自动化这个过程的过程。

由于我们对每个汇编控制块都有一个等效的 C 结构体，并且我们正在为一种非常罕见的架构进行编程，因此最简单的方法可能是可视化 C 结构体。

我或多或少地在寻找一种从 TCP wiki 页面自动获取图形的方法，例如“用于校验和计算的 TCP 伪标头 (IPv6)”：

遗憾的是，我还没有找到任何能够从 C 头文件生成此类可视化的开源工具。有没有办法在不手动编写的情况下生成这样的图像或 html 表示形式？

编辑：感谢 Alexey Frunze 的想法，使用实用程序 pahole 可以从目标文件的 DWARF 部分中提取所有使用的结构的真实内存布局。

【问题讨论】：

【解决方案1】：

其中一种方法是使用这些结构编译 C 代码，并从对象/可执行文件的调试信息中提取结构信息。否则，您正在寻找/制作结构解析器或破解 clang。

UPD：没试过，不过有pycparser，可能有用。

【讨论】：

从生成的调试信息中提取结构布局是一个有趣的想法，尤其是因为您应该也能够获取位域的布局信息。但令我惊讶的是，这个要求似乎如此罕见，以至于没有可用的公共工具。
@FrederikHartmann 问题是你需要一个几乎完整的编译器前端来解析代码，然后编译器特定的功能之间存在/曾经有相当多的变化，这意味着你会仍然需要以某种方式预处理源代码（即删除不支持的编译指示和其他非标准的东西、gcc 属性等）。所以，几乎总是会有一些限制，除非你按照语言标准编写代码。最重要的是，您有各种特定于编译器的命令行选项会影响对齐。因此，很难制作出一款好的通用工具。
是的，你是对的。获得此功能的唯一故障保存方法可能是由编译器生成它。 Clang 有一些关于 C++ 对象的东西。也许我可以让这个运行。 eli.thegreenplace.net/2012/12/17/…

【解决方案2】：

某些 C 聚合（struct、union、数组）的布局是实现特定的，因为 data structure alignment 约束（您的特定 ABI 需要）。

您可以使用调试器（例如gdb 的ptype 命令）。请注意，ddd 有一个图形显示。

如果您有许多结构，您可以考虑使用MELT 自定义您的GCC 编译器。您将开发特定的 MELT 扩展来显示布局。这可能需要数周时间（因为您需要了解一些 GCC 内部结构）。

【讨论】：

【解决方案3】：

我正在开发一个 C 工具箱，除其他外，它可以绘制任何复杂的 C 类型的图表。它在使用“-g”编译的代码中导入和理解 Dwarf 信息，并且可以以“点”格式转储您想要的任何内容（可以通过任意数量的工具显示。）

（它也是一种编程语言，使用这种 Dwarf 理解能力直接访问库/程序内部，在运行时使用零胶水代码或链接。）

j2系统可以读取和理解Dwarf信息；作为调试功能，它还可以将您选择的项目以“点”语言的形式转储，从而允许以图形形式显示类型信息层次结构。 “stack”函数在解释器的顶层堆栈中显示项目，也将这些项目转储到 /tmp/VMRES_STACK.dot。

要绘制一个项目，只需按名称引用它（如果它不在堆栈上），然后使用“stack！”调用堆栈函数。（它通过名称引用函数“stack”，然后通过“！”运算符对其进行评估。）

一旦您运行了解释器（请参阅上面的链接了解解释器本身以及转储结构图的实际示例运行），您只需要 A）“导入”库：

j2> loadlib([test/build/libtestlib.so]) @testlib

然后 B) 引用您导入的结构（将其添加到解释器的堆栈中）：

j2> testlib.teststruct

最后，C) 显示堆栈（以文本形式，作为副作用，生成文件 /tmp/VMRES_STACK.dot）：

j2> stack!

/tmp/VMRES_STACK.dot 中包含的图形可以通过许多 graphviz/dot 查看器中的任何一个来显示，例如 xdot：

bash> xdot /tmp/VMRES_STACK.dot

【讨论】：