从高级语言到汇编

hello world

从你写出hello world的C程序,到shell打出hello world发生了什么？

现在有个hello.c的c文件

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

现在让我们分析这个程序的编写好以后，编译和执行过程：

每个步骤对应的 GCC 执行命令如下：

预处理（Preprocessing）：
```
gcc -E hello.c -o hello.i
```
这个命令将源文件 hello.c 进行预处理并将结果保存为 hello.i，在这个阶段会处理#include指令，将标准库头文件的内容插入到程序中。
编译（Compilation）：
```
gcc -S hello.i -o hello.s
```
这个命令将预处理后的文件 hello.i 编译成汇编代码并将结果保存为 hello.s，在这个阶段将C代码转换成机器可以理解的低级指令。
汇编（Assembly）：
```
gcc -c hello.s -o hello.o
```
这个命令将汇编代码文件 hello.s 汇编成目标文件 hello.o，这个目标文件包含了机器指令。
链接（Linking）：
```
gcc hello.o -o hello
```
这个命令将目标文件 hello.o 与任何所需的库一起链接，并生成一个可执行文件 hello，这就是可以运行的程序。

这些命令将 hello.c 编译成一个名为 hello 的可执行文件。

此时hello 已经是一个只有1和0的二进制文件

./hello

可执行文件执行（Execution）： 该进程的执行过程可以从以下几个方面来看：

加载（Loading）： 操作系统负责将可执行文件加载到内存中，准备执行。
解释（Interpretation）： 处理器（CPU）开始执行加载到内存中的指令。这些指令来自于汇编代码，它们被解释成底层的机器指令。
输出（Output）： 当程序执行到printf函数时，它将"Hello, World!\n"字符串写入标准输出流（通常是终端）。这就是为什么你会在Shell中看到"Hello, World!"的原因。

现在你可能看到上面的一大堆名词很头疼，但这都没有关系，因为你会在ICS的课程中慢慢学到相关的知识。而这么一大段只是告诉你C语言从编写到编译到执行有一系列复杂的过程，而并非在IDE里面点击运行就好了，这也是为什么要学会使用gcc。

在上面一小节产生的中间文件hello.s就是我们需要重点学习的汇编语言

现在让我们打开这个文件

现在你可能还无法完全理解里面全部的指令

但我们专注于这么几行

leaq    L_.str(%rip), %rdi
   
callq   _printf

L_.str:                                 ## @.str
    .asciz  "Hello, World!\n"

L_.str:: 这是一个标签，用于标识字符串 "Hello, World!\n" 的位置,它只是一个相对位置的符号名称
L_.str(%rip) 是一个汇编语言中的地址引用，用于表示字符串 "Hello, World!\n" 在内存中绝对的位置
leaq L_.str(%rip), %rdi: 将字符串 "Hello, World!\n" 的地址加载到寄存器 %rdi 中，以供后续的 printf 函数使用。
callq _printf: 调用 printf 函数来打印字符串，这个汇编代码中的 printf 调用中，%rdi 寄存器包含了指向格式化字符串 "Hello, World!\n" 的地址。printf 函数会根据这个格式化字符串来打印相应的内容，即 "Hello, World!\n"。

OK,如果这几行也没有看懂也没有关系，在ICS的学习中，我们将一个个学习这里指令和寄存器。简单来说，这些指令的目的就是获取

"Hello, World!\n"在内存中的地址并打印出来

现在请假想一下，没有C的源代码

#include <stdio.h>

int main() {
    printf("Hello, World!\n");
    return 0;
}

现在只有汇编语言的这些指令，

你是否能倒退推理出C的源代码的逻辑呢？
在这个汇编文件中 .asciz "Hello, World!\n",字符串的内容是给出的，假如没有这一行字符串，你是否能从汇编语言中找到字符串的地址，并通过调试工具打印出来呢？

这正是Bomb Lab要做的，当然实际的Lab还要复杂地多。

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