本文將綜合以下4篇文章，學(xué)習(xí)如何寫出不依賴libc庫的程序：

• 【軟件開發(fā)底層知識修煉】九 鏈接器-可重定位文件與可執(zhí)行文件
• 【軟件開發(fā)底層知識修煉】十 鏈接器-main函數(shù)不是第一個被執(zhí)行的函數(shù)
• 【軟件開發(fā)底層知識修煉】十一 鏈接器-鏈接腳本
• 【軟件開發(fā)底層知識修煉】十二 C/C++語言中內(nèi)嵌匯編語言（asm）

如果沒有看上面4篇文章的，建議先按照順序?qū)W習(xí)上述4篇文章，再來看這篇文章，不然有些地方會很突兀。

文章目錄

• 1 本篇文章的目的
• 2 解決方案設(shè)計
• 3 拓展
• 4、總結(jié)

1 本篇文章的目的

那么本篇文章的目的是什么呢？

• 我們想編寫一個體積非常小的可執(zhí)行程序。
• 通過makefile完成代碼編譯
• 運(yùn)行后在屏幕上打印“D.T.SoftWare”

但凡是學(xué)習(xí)過C語言基礎(chǔ)語法的人都能寫出來這個程序 ，這不就是一個"hello word " 程序么？就像下面這樣.

hello.c

#include <stdio.h>int main(){printf("D.T.SoftWare\n");return 0; }

我們編譯上述hello.c，得到可執(zhí)行程序hello，可以看出hello的大小是：

竟然有7135字節(jié)！！！這其實是因為雖然我們只寫了個printf函數(shù)，但是實際上在編譯鏈接的過程，鏈接器將一大堆庫函數(shù)都與我們的hello程序進(jìn)行鏈接，包括一些入口函數(shù)啊，進(jìn)程初始化函數(shù)以及printf這個庫函數(shù)等等，看起來只有一個printf庫函數(shù)，但是實際上一與libc庫進(jìn)行鏈接，就會有一大堆東西（這些東西是啥嗎，請參看上述四篇文章）。

所以，我們的目的，并不是簡單的寫出上面的hello.c程序。我們想寫一個程序，進(jìn)行編譯鏈接后，體積達(dá)到最小？該如何做到？

我們的分析思路大概如下圖：

• 我們知道m(xù)ain函數(shù)執(zhí)行前還有一大堆的初始化函數(shù)需要調(diào)用，我們不依賴于libc庫進(jìn)行編譯鏈接，以及編寫自定義入口函數(shù)的鏈接腳本可以實現(xiàn)
• 不依賴libc庫打印字符串的話，就直接進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用，直接調(diào)用sys_write函數(shù)，而不是調(diào)用printf函數(shù)
• 直接調(diào)用sys_write函數(shù)的方法的話就是使用內(nèi)嵌匯編語言進(jìn)行調(diào)用

學(xué)過我上面篇文章的朋友就一定會發(fā)現(xiàn)上述的幾點，都在那4篇文章中實現(xiàn)過。所以我們可以很輕松的進(jìn)行代碼的編寫。

2 解決方案設(shè)計

上面已經(jīng)給出了基本的程序設(shè)計思路，現(xiàn)在我們來給出更加具體的程序設(shè)計思路。

• 通過內(nèi)嵌匯編自定義打印函數(shù)和退出函數(shù)（具體來說就是使用INT 0X80指令）
• 通過編寫自定義的鏈接腳本來指定我們自己的入口函數(shù)（不依賴任何庫和GCC的任何內(nèi)置功能）
• 刪除可執(zhí)行程序的無用信息，比如無用的調(diào)試信息和段信息。這是通過鏈接腳本指定的

那么我們先來通過內(nèi)嵌匯編設(shè)計一下打印函數(shù)和退出函數(shù)，這里要參考【軟件開發(fā)底層知識修煉】十二 C/C++語言中內(nèi)嵌匯編語言（asm）。

打印函數(shù)print：

void print(const char* s, int l) {asm volatile ("movl $4, %%eax\n" // sys_write系統(tǒng)函數(shù)相關(guān)"movl $1, %%ebx\n""movl %0, %%ecx\n""movl %1, %%edx\n""int $0x80 \n" //通過80H進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)用:: "r"(s), "r"(l) // print的參數(shù): "eax", "ebx", "ecx", "edx" // 保留列表); }

上述打印函數(shù)在【軟件開發(fā)底層知識修煉】十二 C/C++語言中內(nèi)嵌匯編語言（asm）這篇文章中一講非常詳細(xì)。

退出函數(shù) exit

void exit(int code) {asm volatile ("movl $1, %%eax\n" //sys_exit"movl %0, %%ebx\n""int $0x80 \n":: "r"(code) //參數(shù): "eax", "ebx"); }

上述退出函數(shù)也在【軟件開發(fā)底層知識修煉】十二 C/C++語言中內(nèi)嵌匯編語言（asm）這篇文章中一講非常詳細(xì)。

鏈接腳本設(shè)計
program.lds

上述鏈接腳本中已經(jīng)注解的非常詳細(xì)，當(dāng)然，還是需要參考【軟件開發(fā)底層知識修煉】十一 鏈接器-鏈接腳本這篇文章先學(xué)習(xí)以下鏈接腳本的語法與概念最好。

那么上述程序設(shè)計基本上完成，下面我們給出完成的代碼：

• program.c 源文件

void print(const char* s, int l); void exit(int code);void program() {print("D.T.Software\n", 13);exit(0); }void print(const char* s, int l) {asm volatile ("movl $4, %%eax\n""movl $1, %%ebx\n""movl %0, %%ecx\n""movl %1, %%edx\n""int $0x80 \n":: "r"(s), "r"(l): "eax", "ebx", "ecx", "edx"); }void exit(int code) {asm volatile ("movl $1, %%eax\n""movl %0, %%ebx\n""int $0x80 \n":: "r"(code): "eax", "ebx"); }

• program.lds 鏈接腳本

ENTRY(program)SECTIONS {.text 0x08048000 + SIZEOF_HEADERS :{*(.text)*(.rodata)}/DISCARD/ :{*(*)} }

• 當(dāng)然，為了編譯方便，我還給出了makefile文件，方便我們程序的編譯：

CC := gcc LD := ld RM := rm -frTARGET := program.out SRC := $(TARGET:.out=.c) OBJ := $(TARGET:.out=.o) LDS := $(TARGET:.out=.lds).PHONY : rebuild clean all$(TARGET) : $(OBJ) $(LDS)$(LD) -static -T $(LDS) -o $@ $<@echo "Target File ==> $@"$(OBJ) : $(SRC)$(CC) -fno-builtin -o $@ -c $^rebuild : clean allall : $(TARGET)clean :$(RM) $(TARGET) $(OBJ)

上述makefile可能大多數(shù)人看不懂，這個無所謂，它只是一種類似于腳本語言的語言，輔助我們編譯程序的，我們將上述三個文件：makefile program.lds program.c這三個文件放到linux系統(tǒng)下的同一個目錄下，然后輸入命令make即可完成代碼的編譯，生成可執(zhí)行文件。

• 就像下面這樣，我們隊我們的程序進(jìn)行編譯

• 運(yùn)行可執(zhí)行程序 ./program.out

很明顯，我們實現(xiàn)了我們最開始的功能。

• 我們看看我們寫的這個可執(zhí)行程序的大小：
  

• 上面的是hello的大小，下面的是我們自己的可執(zhí)行程序的大小，只有582字節(jié)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于hello的大小。這正是我們所希望看到的。

3 拓展

如果有詳細(xì)看上述的makefile文件，我們會發(fā)現(xiàn)，在我們編譯我們的源文件的時候，使用了靜態(tài)鏈接?，F(xiàn)在在這里介紹一些鏈接時的一些選項：

• ld 命令

  • GNU的鏈接器，將目標(biāo)文件鏈接為可執(zhí)行文件

• ld -static

  • 表示ld使用靜態(tài)鏈接的方式來產(chǎn)生最終的可執(zhí)行程序，而不是默認(rèn)的動態(tài)鏈接。至于什么是靜態(tài)鏈接什么是動態(tài)鏈接，后面肯定會有文章詳細(xì)學(xué)習(xí)。

• gcc -fno-builtin

  • -fno-builtin 用于關(guān)閉GCC內(nèi)部函數(shù)功能

  • GCC提供了很多內(nèi)置函數(shù)（Built-in Function）,它會把一些常用的C庫函數(shù)替換成編譯器內(nèi)置的函數(shù)，以達(dá)到優(yōu)化程序的目的。在上述我們的makefile中就用到了這個選項，以防止編譯器的優(yōu)化

4、總結(jié)

• 對于資源受限制的嵌入式設(shè)備，需要考慮可執(zhí)行程序的大小（當(dāng)然目前各種設(shè)備內(nèi)存都足夠大，不必?fù)?dān)心這一點）

• 通過在C/C++語言中內(nèi)嵌匯編語言，可以避免使用庫函數(shù)而直接使用系統(tǒng)函數(shù)

• 可以通過如下方式，來控制可執(zhí)行程序的大小

  • 最小化庫的使用（必要的時候，可以自己實現(xiàn)相關(guān)函數(shù)）
  • 自定義鏈接腳本，刪除無用的段信息

本文參考狄泰軟件學(xué)院相關(guān)課程
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【软件开发底层知识修炼】十三 链接器-如何写出不依赖C库函数的代码的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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