对可执行和可重定位目标文件的怀疑答案

【问题标题】：Doubts in executable and relocatable object file对可执行和可重定位目标文件的怀疑
【发布时间】：2010-05-06 22:12:38
【问题描述】：

我编写了一个简单的 Hello World 程序。

   #include <stdio.h>
    int main() {
    printf("Hello World");
    return 0;
    }

我想了解可重定位目标文件和可执行文件的外观。 main函数对应的object文件是

0000000000000000 <main>:
   0:   55                      push   %rbp
   1:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
   4:   bf 00 00 00 00          mov    $0x0,%edi
   9:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
   e:   e8 00 00 00 00          callq  13 <main+0x13>
  13:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  18:   c9                      leaveq 
  19:   c3                      retq

这里 printf 的函数调用是 callq 13。我不明白的一件事是为什么它是 13。这意味着调用地址为 13 的函数，对吗？？ 13有下一条指令，对吧？？请解释一下这是什么意思？？

main对应的可执行代码是

00000000004004cc <main>:
  4004cc:       55                      push   %rbp
  4004cd:       48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
  4004d0:       bf dc 05 40 00          mov    $0x4005dc,%edi
  4004d5:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  4004da:       e8 e1 fe ff ff          callq  4003c0 <printf@plt>
  4004df:       b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  4004e4:       c9                      leaveq 
  4004e5:       c3                      retq

这里是 callq 4003c0。但是二进制指令是e8 e1 fe ff ff。没有对应于 4003c0 的内容。我错了什么？

谢谢。巴拉

【问题讨论】：

标签： c executable object-files

【解决方案1】：

在第一种情况下，看一下指令编码 - 函数地址所在的位置全为零。那是因为对象还没有被链接，所以外部符号的地址还没有被连接。当您最终链接到可执行格式时，系统会在其中粘贴另一个占位符，然后动态链接器最终会在运行时为printf() 添加正确的地址。这是我编写的“Hello, world”程序的一个简单示例。

一、目标文件的反汇编：

00000000 <_main>:
   0:   8d 4c 24 04             lea    0x4(%esp),%ecx
   4:   83 e4 f0                and    $0xfffffff0,%esp
   7:   ff 71 fc                pushl  -0x4(%ecx)
   a:   55                      push   %ebp
   b:   89 e5                   mov    %esp,%ebp
   d:   51                      push   %ecx
   e:   83 ec 04                sub    $0x4,%esp
  11:   e8 00 00 00 00          call   16 <_main+0x16>
  16:   c7 04 24 00 00 00 00    movl   $0x0,(%esp)
  1d:   e8 00 00 00 00          call   22 <_main+0x22>
  22:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
  27:   83 c4 04                add    $0x4,%esp
  2a:   59                      pop    %ecx
  2b:   5d                      pop    %ebp
  2c:   8d 61 fc                lea    -0x4(%ecx),%esp
  2f:   c3                      ret

然后是搬迁：

main.o:     file format pe-i386

RELOCATION RECORDS FOR [.text]:
OFFSET   TYPE              VALUE 
00000012 DISP32            ___main
00000019 dir32             .rdata
0000001e DISP32            _puts

如您所见，_puts 的位置发生了迁移，这就是对printf 的调用变成的。该重定位将在链接时被注意到并修复。在动态库链接的情况下，重定位和修复可能在程序运行之前无法完全解决，但我希望你会从这个例子中得到想法。

【讨论】：

【解决方案2】：

E8 指令 (call) 中的调用目标指定为相对于当前指令指针 (IP) 值的相对偏移量。

在您的第一个代码示例中，偏移量显然是0x00000000。它基本上说

call +0

printf 的实际地址尚不清楚，因此编译器只是将 32 位值 0x00000000 作为占位符放在那里。

这种零偏移的不完整调用自然会被解释为对当前IP值的调用。在您的平台上，IP 是预先递增的，这意味着当执行某些指令时，IP 包含下一条指令的地址。 IE。当地址0xE 处的指令被执行时，IP 包含值0x13。而call +0 自然被解释为对指令0x13 的调用。这就是为什么你会在不完整代码的反汇编中看到0x13。

代码完成后，将占位符0x00000000偏移量替换为代码中printf函数的实际偏移量。偏移量可以是正数（向前）或负数（向后）。在您的情况下，调用时的 IP 是0x4004DF，而printf 函数的地址是0x4003C0。因此，机器指令将包含一个等于0x4003C0 - 0x4004DF 的32 位偏移值，即负值-287。所以你在代码中看到的其实是

call -287

-287 是二进制的0xFFFFFEE1。这正是您在机器代码中看到的内容。只是你使用的工具反了显示而已。

【讨论】：

【解决方案3】：

调用在 x86 中是相对的，IIRC 如果你有 e8 ，调用位置是 addr+5。

e1 fe ff ff a 是小端编码的相对跳转。这真的意味着fffffee1。

现在将这个添加到调用指令的地址 + 5： (0xfffffee1 + 0x4004da + 5) % 2**32 = 0x4003c0

【讨论】：

+5是因为相对于调用后的next指令，调用长度为5个字节。
x86 上的调用可以是相对的或绝对的。只是E8是相对调用。
是的，我忘记了也有绝对目的地，但它们要么由段指定：选择器，要么是指向要跳转到的地址的指针。