不一样的hello world

一. 简介

最近学习了一些C内联汇编的知识，简单的尝试了一下，发现里面有很多有趣的东西，分享如下。首先说明，本文的内联使用仅为一个小例子，并不规范，另外32位和64位有着较大区别，本文基于64位Ubuntu16.04环境编译。

二. 源码介绍

代码本身很简单，包括了三个函数，分别用于打印，退出以及作为函数入口，实际效果为输出Hello world。

2.1 print()

打印函数printf()本身其实是调用了write()函数（也可以调用puts()等），这里通过80中断直接调用write()对应的系统调用。write()的API如下所示

1	int write(int fd, char *buffer, int size);

由于系统调用号（查中断标可得）为4，所以直接传递给rax赋值4即可。
fd即文件描述符，这里使用标准输出，即stdout，所以fd为0，rbx赋值为0
buffer即文件缓冲区，这里就是str字符串，使用rcx传递，赋值为地址对应的变量即0地址
size表示的时文件字节数，这里是13字节，因此rdx赋值为13

2.2 exit()

exit()对应的系统调用为exit()，系统调用号为1，所以rax赋值为1。rbx表示返回值，这里42其实是一个神奇的数字，有兴趣的可以看一看《银河系漫游指南》（大雾）。

//hello.c
char* str = "Hello world!\n";

void print()
{
    asm(
        "mov $13, %%rdx \n\t"
        "mov %0,  %%rcx \n\t"
        "mov $0,  %%rbx \n\t"
        "mov $4,  %%rax \n\t"
        "int $0x80       \n\t"
        ::"r"(str):"rdx","rcx","rbx");
}

void exit()
{
    asm(
        "mov $42, %rbx \n\t"
        "mov $1,  %rax \n\t"
        "int $0x80      \n\t"
    );
}

void hello()
{
    print();
    exit();
}

注意，本代码为64位编译环境，如果是32位需要改为movl配合ebx/ecx系列或者编译时加上-m32选项。

三. 编译和执行

使用如下命令编译和链接，生成可执行文件。这里-fno-builtin表示不进行编译器优化。否则对于纯字符串的printf()，编译器会自动优化为使用puts()函数。另外链接时，-e hello表示入口函数为hello()，而非常见的main()函数。

1 2	gcc -c -fno-builtin hello.c ld -static -e hello -o hello hello.o

运行hello可见如下结果，输出成功，返回值为预设的42。

$ ./hello
Hello world!
$ echo $?
42

四. 自制`lds`

通过objdump可以看到hello包括了.data, .text, .rodata等字段，同时还有.comment。这里我们尝试自己制作链接脚本，使这三个字段合并，同时去掉.comment字段，这样子应该可以让可执行文件的大小大大缩减。

ENTRY表明了入口函数为hello函数

ENTRY(hello)

SECTIONS
{
    . = 0X00000000 + SIZEOF_HEADERS;
    
    tinytext : {*(.text) *(.data) *(.rodata)}
    
    /DISCARD/ : {*(.comment)}
}

再次编译

1	ld -static -T hello.lds -o hello hello.o

编译完依然可以正常执行，通过objdump可见已经生效，可执行文件的大小从1.6KB成功缩减到704B，所以就算是成功了。实际还可以通过-s再次减小大小。

总结

本文基于中断，汇编，编译，链接等知识，进行一次综合性的上手小实验，适合新人们做为入门级小尝试来步入学习。另外内联汇编本身较为复杂，本文进行了大量简化，实际在源码及工业级运用会需要考虑更多的安全性等因素，同时80中断实际并不适合在64位使用，这个回头会再写一篇文章专门叙述。鉴于水平有限，还望大佬们多多指点不足之处，共同进步。