从一个hello world说起，复习C语言程序知识 _c语言

从一个hello world说起
大家好，我是明说网络的小明同学。今天我们从C语言的Hello World说起，和大家一起温习一下C语言中一个Hello World怎么运行起来的，以及C语言如何组织栈缓冲区等。本文不适用于C语言初学者，需要具备有一定的汇编基础。好了下面，我们开始吧。
工具
本文的工具为：
操作系统：.04 ， 4.15.0-142-
编译器：gcc5.4.0( 5.4.0-~16.04.12)
make工具GNU Make 4.1
反汇编查看器：
elf文件查看器：
C语言介绍
C 语言是一种通用的高级语言，最初是由丹尼斯·里奇在贝尔实验室为开发 UNIX 操作系统而设计的。UNIX 操作系统，C编译器，和几乎所有的 UNIX 应用程序都是用 C 语言编写的。由于各种原因，C 语言现在已经成为一种广泛使用的专业语言。
同时，C语言是一门大学期间基本上都会开设的课程。作为一门入门编程课程， C语言有着独特的魅力和不可替代的作用。虽然当前火热，C语言好像显得不那么重要了，“难道不香吗”的疑问开始出现。但是我的观点是：每种语言有每种语言的优势，永远也取代不了C语言。像我独爱指针，能够带来自由的感觉。
下面就开始我们的探索之旅吧。
第一个程序编写程序
首先我们有如下程序：main.c
//main.c#include int display(char *name){printf("hello world! %sn", name);}int main(){char name[256] = "I'm a string";display(name);return 0;}
上述程序实现的功能很简单，就是输出一句话hello world! I'm a ，为了便于说明，其中故意使用了一个函数调用int (char *) 。
函数的逻辑为，main函数–> ()函数(一个参数)–>函数(两个参数) 。
是不是很简单！
程序编译
为了便于说明，我们使用文件进行编译。创建文件名为的文件，内容如下：
# makefileOBJ=printf.main$(OBJ):gcc main.c -o $@clean:-rm $(OBJ)
我们生成的文件名为.main，这里你可以改为你喜欢的任意名称。
使用make命令进行编译，会生成最终文件。运行后就可以看见hello world! I'm a
小结
到这里我们就完成了一个程序的编写和编译，并且运行。是不是很简单。对于初学者，其实到这里就完了，姑且可以认为main函数就是一个程序的开始和结束（我曾经就一直这么认为）。但是对于有过一定经验的人来说，就知道：main函数并不是一个程序的开始，也不是一个程序的结束。
咦，这么神奇的吗？就让我们来看看吧。
【从一个hello world说起，复习C语言程序知识】Hello world 的背后
首先让我们来认识一下我们生成的.main 。
file ./printf.main ./printf.main: ELF 64-bit LSB executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 2.6.32, BuildID[sha1]=5c389a402866aaa012b8b8ab992fed778eb989b0, not stripped
ELF是执行和链接格式（ and）的缩略词。它是UNIX系统的几种可执行文件格式中的一种。
使用命令 -h ./.main > .txt
ELF Header:Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF64Data: 2's complement, little endianVersion: 1 (current)OS/ABI: UNIX - System VABI Version: 0Type: EXEC (Executable file)Machine: Advanced Micro Devices X86-64Version: 0x1Entry point address: 0x4004a0 //注意这一行Start of program headers: 64 (bytes into file)Start of section headers: 6712 (bytes into file)Flags: 0x0Size of this header: 64 (bytes)Size of program headers: 56 (bytes)Number of program headers: 9Size of section headers: 64 (bytes)Number of section headers: 31Section header string table index: 28
这里面，我们注意第11行， Entry point : ,显示，入口点地址为，说明操作系统在运行这个.main程序时，首先从这个地址开始运行。那么我们看看这个地址到底是什么吧

文章插图

文章插图
汇编
使用命令 -d .main > .txt将程序的汇编代码提取出来（删除了一些当前没有必要说明的内容），如下所示：

printf.main: file format elf64-x86-64Disassembly of section .init:0000000000400428 :400428: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp40042c: 48 8b 05 c5 0b 20 00 mov 0x200bc5(%rip),%rax # 600ff8 400433: 48 85 c0 test %rax,%rax400436: 74 05 je 40043d 400438: e8 53 00 00 00 callq 400490 40043d: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp400441: c3 retq Disassembly of section .plt:0000000000400470 :400470: ff 25 aa 0b 20 00 jmpq *0x200baa(%rip) # 601020 400476: 68 01 00 00 00 pushq $0x140047b: e9 d0 ff ff ff jmpq 400450 0000000000400480 :400480: ff 25 a2 0b 20 00 jmpq *0x200ba2(%rip) # 601028 400486: 68 02 00 00 00 pushq $0x240048b: e9 c0 ff ff ff jmpq 400450 Disassembly of section .plt.got:0000000000400490 :400490: ff 25 62 0b 20 00 jmpq *0x200b62(%rip) # 600ff8 400496: 66 90 xchg %ax,%axDisassembly of section .text:00000000004004a0 :4004a0: 31 ed xor %ebp,%ebp4004a2: 49 89 d1 mov %rdx,%r94004a5: 5e pop %rsi4004a6: 48 89 e2 mov %rsp,%rdx4004a9: 48 83 e4 f0 and $0xfffffffffffffff0,%rsp4004ad: 50 push %rax4004ae: 54 push %rsp4004af: 49 c7 c0 b0 06 40 00 mov $0x4006b0,%r8 //00000000004006b0 :4004b6: 48 c7 c1 40 06 40 00 mov $0x400640,%rcx //0000000000400640 :4004bd: 48 c7 c7 bb 05 40 00 mov $0x4005bb,%rdi //00000000004005bb

:4004c4: e8 b7 ff ff ff callq 400480 4004c9: f4 hlt 4004ca: 66 0f 1f 44 00 00 nopw 0x0(%rax,%rax,1)0000000000400596 :400596: 55 push %rbp400597: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp40059a: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp40059e: 48 89 7d f8 mov %rdi,-0x8(%rbp)4005a2: 48 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%rax4005a6: 48 89 c6 mov %rax,%rsi4005a9: bf c4 06 40 00 mov $0x4006c4,%edi4005ae: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax4005b3: e8 b8 fe ff ff callq 400470 4005b8: 90 nop4005b9: c9 leaveq 4005ba: c3 retq 00000000004005bb

:4005bb: 55 push %rbp4005bc: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp4005bf: 48 81 ec 10 01 00 00 sub $0x110,%rsp4005c6: 64 48 8b 04 25 28 00 mov %fs:0x28,%rax4005cd: 00 00 4005cf: 48 89 45 f8 mov %rax,-0x8(%rbp)4005d3: 31 c0 xor %eax,%eax4005d5: 48 b8 49 27 6d 20 61 movabs $0x74732061206d2749,%rax4005dc: 20 73 74 4005df: 48 89 85 f0 fe ff ff mov %rax,-0x110(%rbp)4005e6: 48 c7 85 f8 fe ff ff movq $0x676e6972,-0x108(%rbp)4005ed: 72 69 6e 67 4005f1: 48 8d 95 00 ff ff ff lea -0x100(%rbp),%rdx4005f8: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax4005fd: b9 1e 00 00 00 mov $0x1e,%ecx400602: 48 89 d7 mov %rdx,%rdi400605: f3 48 ab rep stos %rax,%es:(%rdi)400608: 48 8d 85 f0 fe ff ff lea -0x110(%rbp),%rax40060f: 48 89 c7 mov %rax,%rdi400612: e8 7f ff ff ff callq 400596 400617: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax40061c: 48 8b 75 f8 mov -0x8(%rbp),%rsi400620: 64 48 33 34 25 28 00 xor %fs:0x28,%rsi400627: 00 00 400629: 74 05 je 400630

40062b: e8 30 fe ff ff callq 400460 400630: c9 leaveq 400631: c3 retq 400632: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)400639: 00 00 00 40063c: 0f 1f 40 00 nopl 0x0(%rax)0000000000400640 :400640: 41 57 push %r15400642: 41 56 push %r14400644: 41 89 ff mov %edi,%r15d400647: 41 55 push %r13400649: 41 54 push %r1240064b: 4c 8d 25 be 07 20 00 lea 0x2007be(%rip),%r12 # 600e10 400652: 55 push %rbp400653: 48 8d 2d be 07 20 00 lea 0x2007be(%rip),%rbp # 600e18 40065a: 53 push %rbx40065b: 49 89 f6 mov %rsi,%r1440065e: 49 89 d5 mov %rdx,%r13400661: 4c 29 e5 sub %r12,%rbp400664: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp400668: 48 c1 fd 03 sar $0x3,%rbp40066c: e8 b7 fd ff ff callq 400428 400671: 48 85 ed test %rbp,%rbp400674: 74 20 je 400696 400676: 31 db xor %ebx,%ebx400678: 0f 1f 84 00 00 00 00 nopl 0x0(%rax,%rax,1)40067f: 00 400680: 4c 89 ea mov %r13,%rdx400683: 4c 89 f6 mov %r14,%rsi400686: 44 89 ff mov %r15d,%edi400689: 41 ff 14 dc callq *(%r12,%rbx,8)40068d: 48 83 c3 01 add $0x1,%rbx400691: 48 39 eb cmp %rbp,%rbx400694: 75 ea jne 400680 400696: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp40069a: 5b pop %rbx40069b: 5d pop %rbp40069c: 41 5c pop %r1240069e: 41 5d pop %r134006a0: 41 5e pop %r144006a2: 41 5f pop %r154006a4: c3 retq 4006a5: 90 nop4006a6: 66 2e 0f 1f 84 00 00 nopw %cs:0x0(%rax,%rax,1)4006ad: 00 00 00 00000000004006b0 :4006b0: f3 c3 repz retq Disassembly of section .fini:00000000004006b4 :4006b4: 48 83 ec 08 sub $0x8,%rsp4006b8: 48 83 c4 08 add $0x8,%rsp4006bc: c3 retq

这里我们注意第45，46，47 ， 48行，注意其中

4004af: 49 c7 c0 b0 06 40 00 mov $0x4006b0,%r8 //00000000004006b0 :4004b6: 48 c7 c1 40 06 40 00 mov $0x400640,%rcx //0000000000400640 :4004bd: 48 c7 c7 bb 05 40 00 mov $0x4005bb,%rdi //00000000004005bb

:4004c4: e8 b7 ff ff ff callq 400480
@plt包含了三个参数，,,main显然，从名称上就可以看出这四个函数的作用。
是libc.so.6中的一个函数。它的原型是这样的：

extern int BP_SYM (__libc_start_main) (int (*main) (int, char **, char **),int argc,char *__unbounded *__unbounded ubp_av,void (*init) (void),void (*fini) (void),void (*rtld_fini) (void),void *__unbounded stack_end)__attribute__ ((noreturn));

这个函数需要做的是建立/初始化一些数据结构/环境然后调用我们的main() 。
程序启动的过程应该： ->->-> _init -> main -> _fini.
这篇文章有详细的说明：linux编程之main()函数启动过程
栈缓冲区及结构
有16个64位寄存器，分别是：

%rax，%rbx，%rcx，%rdx，%esi，%edi ， %rbp，%rsp，%r8，%r9，%r10，%r11，%r12 ， %r13，%r14 ， %r15 。

其中：
%rax 作为函数返回值使用。%rsp 栈指针寄存器，指向栈顶 %rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9 用作函数参数考勤系统的c语言源代码，依次对应第1参数，第2参数 %rbx，%rbp，%r12，%r13，，用作数据存储，遵循被调用者使用规则，简单说就是随便用，调用子函数之前要备份它，以防他被修改 %r10，%r11 用作数据存储，遵循调用者使用规则，简单说就是使用之前要先保存原值
64位与32位的不同在于64位不用压栈来存储下一个函数参数，而是放在了%rdi，%rsi，%rdx，%rcx，%r8，%r9六个寄存器中，超出部分再压栈。
首先，我们将main.c文件进行汇编，使用命令gcc -S main.c ，在当前目录下会生成main.s的汇编文件，内容如下：

.file "main.c".section .rodata.LC0:.string "hello world! %sn".text.globl display.type display, @functiondisplay:.LFB0:.cfi_startprocpushq %rbp.cfi_def_cfa_offset 16.cfi_offset 6, -16movq %rsp, %rbp.cfi_def_cfa_register 6subq $16, %rspmovq %rdi, -8(%rbp)movq -8(%rbp), %raxmovq %rax, %rsimovl $.LC0, %edimovl $0, %eaxcall printfnopleave.cfi_def_cfa 7, 8ret.cfi_endproc.LFE0:.size display, .-display.globl main.type main, @functionmain:.LFB1:.cfi_startprocpushq %rbp.cfi_def_cfa_offset 16.cfi_offset 6, -16movq %rsp, %rbp.cfi_def_cfa_register 6subq $272, %rspmovq %fs:40, %raxmovq %rax, -8(%rbp)xorl %eax, %eaxmovabsq $8391086132249306953, %rax //0x74732061206d2749 ("I'm a st")movq %rax, -272(%rbp)movq $1735289202, -264(%rbp)leaq -256(%rbp), %rdxmovl $0, %eaxmovl $30, %ecxmovq %rdx, %rdirep stosqleaq -272(%rbp), %raxmovq %rax, %rdi //使用%rdi寄存器压入参数call display //调用函数movl $0, %eaxmovq -8(%rbp), %rsixorq %fs:40, %rsije .L4call __stack_chk_fail.L4:leave.cfi_def_cfa 7, 8ret.cfi_endproc.LFE1:.size main, .-main.ident "GCC: (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.12) 5.4.0 20160609".section .note.GNU-stack,"",@progbits

main函数
在53，54行，使用rdi压入了一个参数，参数的地址在-272(%rbp)（即rdi）, 可以看出正好是字符串”I'm a “的地址。如下所示：
其中，函数调用栈缓冲区显示当前栈缓冲区为main，再上一层为，再次印证了上一节的说法。
函数
下面我们进入函数，可以看出的两个参数分别放在rdi,rsi两个寄存器当中。
其中，函数调用栈缓冲区显示当前栈缓冲区为，再上一层为main，，再次印证了上一节的说法。
小结
通过对main函数中函数的参数，函数中的函数的参数进行实验，说明了C语言在函数调用时的栈缓冲区的组织。
结语
对于一个普普通通的C语言程序，其实其背后是一堆复杂的操作系统预备好的操作，执行完毕之后，就开始执行我们的main函数。main函数并不是程序执行的第一个函数，当然也不是最后一个。我们编写的程序的main函数，仅仅是操作系统在加载elf文件时候调用的函数而已考勤系统的c语言源代码，仅仅是函数而已。
栈缓冲区的组织，一定要动手自己调一调，理解栈缓冲区，有助于理解pwn题中的栈缓冲的利用。
这就是我喜欢C语言的原因，因为他能让我更加清晰地看到程序运行的背后，而像这类语言，我也使用，因为真的方便，但是对于理解计算机、理解背后的故事非常的不利。
我，学习更多系统的知识！
本文到此结束，希望对大家有所帮助。