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ardump.c　リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(1) coding(89)

Last updated at 2024-07-20Posted at 2024-07-06

エンジニアのライフプラン

リンカ・ローダ実践開発テクニック　の著者は、KOZOSというオープンソースの小さなOSを公開している。
仕事をしながら、趣味でもプログラミングする感じ。
技術士（情報工学）の資格を取ったり、IPAで１０歳前後の若者たちとセキュリティキャンプを実施したりしている。

エンジニアのライフプランは、仕事、趣味、生活の３本で、別々の柱があるとよい。
オープンソースが趣味の一つでもいいじゃないか。

<この項は書きかけです。順次追記します。>
This article is not completed. I will add some words in order.

リンカ　ローダ

リンカ・ローダ実践開発テクニック―実行ファイルを作成するために必須の技術-COMPUTER-TECHNOLOGY-坂井-弘亮
https://www.amazon.co.jp//dp/4789838072/
https://bookmeter.com/books/630946

参考文献にあるLinkers & Loadersは斜め読みしただけで、自分ではこういう道具は作らないだろうと勝手に思っていた。本書では簡易リンカの作成と、道具の作り方まで有るのがすごい。「setjmp()とlongjmp()」というコラムが１頁に入りきらず４頁になっているのに、節にしていないところも興味深い。
https://shop.cqpub.co.jp/hanbai/books/38/38071.html

checksym.c リンカ・ローダ実践開発テクニック(0)　坂井弘亮 coding(88)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/51709d5989204ef2a371

第3章　ライブラリ・アーカイブの解析
　3.1　ライブラリ・アーカイブとは
　3.2　ライブラリ・アーカイブの構造
　3.3　アーカイブの解析例
　3.4　ライブラリ・アーカイブの解析
　3.5　ライブラリ・アーカイブのリンク
　コラム　二つのアーカイブ・フォーマットが混在した場合
　コラム　checksymの使いかた

ardump.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(1) coding(89)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2a7bf3050ee6ac662272

binary.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(2) coding(90)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/23b985cefc5338677812

combine.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(3) coding(91)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/59161e3274270cfd2009

const.c, リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(4) coding(92) error(123) docker(174)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6f74dbf637a91685d0d1

constructor.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(5) coding(93)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/37e14a0943907b6f836f

continue.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(6) coding(95)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/e124223fd49db6d9e7a2

down.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(7) coding(96)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/866449f129cc8ce4dee7

ctors.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(8) coding(97)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/135524de5f8fea10e90f

duplicate.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(9) coding(123)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/2339c517f223e556bf67

edata.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(10) coding(124)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/bbfe0d6a3c5375026c64

elfread.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(11) coding(125)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/600c4a1133dc08da215e

edata.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(12) coding(126)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/b6eff6b348d7cf5f257c

hello.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(13) coding(127)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/4af05d017d73ebe789d5

inicialize.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(14) coding(128)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/4feeb9ef85bfc28fd821

layer.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(15) coding(129)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/90bb95f9e538e66d2dbf

ordermain.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(16) coding(130)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/446a6768a0abdd13c8b5

pointer.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(17) coding(131)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/68cae98797c2e6018499

rasm.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(18) coding(132)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/6c3ac31457551e788163

section.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(19) coding(133)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/00aadb9a9c0a222ebce2

setjmp.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(20) coding(134)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/648200e728c982e79819

sample.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(21) coding(135)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/360d99ed47ddc4780bf2

stack_sample.c リンカ・ローダ実践開発テクニック坂井弘亮(22) coding(136)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/06a4c9eb6edd1921dca7

N3220 Information technology — Programming languages — C N3220 working draft
https://www.open-std.org/JTC1/SC22/WG14/www/docs/n3220.pdf
N3219 Information technology — Programming languages — C ISO/IEC 9899:2023 DIS Draft
https://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg14/www/docs/n3219.pdf

ardump

LinerLoaderTech
https://www.cqpub.co.jp/interface/download/2005/02/linker/LinkerLoaderTech.zip

ardump.c

#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <elf.h>
#include <ar.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/mman.h>

static int elfdump(char *head)
{
  Elf_Ehdr *ehdr;
  Elf_Shdr *shdr, *shstr, *str, *sym, *rel;
  Elf_Phdr *phdr;
  Elf_Sym *symp;
  Elf_Rel *relp;
  int i, j, size;
  char *sname;

  ehdr = (Elf_Ehdr *)head;

  if (!IS_ELF(*ehdr)) {
    fprintf(stderr, "This is not ELF file.\n");
    return (1);
  }

  if (ehdr->e_ident[EI_CLASS] != ELF_CLASS) {
    fprintf(stderr, "unknown class. (%d)\n", (int)ehdr->e_ident[EI_CLASS]);
    return (1);
  }

  if (ehdr->e_ident[EI_DATA] != ELF_DATA) {
    fprintf(stderr, "unknown endian. (%d)\n", (int)ehdr->e_ident[EI_DATA]);
    return (1);
  }

  /* •ª•Ø•∑•Á•ÛÃæ≥ «ºÕ—•ª•Ø•∑•Á•Û(.shstrtab)§ŒºË∆¿ */
  shstr = (Elf_Shdr *)(head + ehdr->e_shoff +
		       ehdr->e_shentsize * ehdr->e_shstrndx);

  /* •ª•Ø•∑•Á•ÛÃæ∞ÏÕ˜§Ú…Ωº® */
  printf("Sections:\n");
  for (i = 0; i < ehdr->e_shnum; i++) { /* •ª•Ø•∑•Á•Û•ÿ•√•¿•∆°º•÷•Î§Ú∏°∫˜ */
    shdr = (Elf_Shdr *)(head + ehdr->e_shoff + ehdr->e_shentsize * i);
    sname = (char *)(head + shstr->sh_offset + shdr->sh_name);
    printf("\t[%d]\t%s\n", i, sname);
    if (!strcmp(sname, ".strtab")) str = shdr;
  }

  /* •ª•∞•·•Û•»∞ÏÕ˜§Ú…Ωº® */
  printf("Segments:\n");
  for (i = 0; i < ehdr->e_phnum; i++) { /* •◊•Ì•∞•È•‡•ÿ•√•¿•∆°º•÷•Î§Ú∏°∫˜ */
    phdr = (Elf_Phdr *)(head + ehdr->e_phoff + ehdr->e_phentsize * i);
    printf("\t[%d]\t", i);
    for (j = 0; j < ehdr->e_shnum; j++) { /* •ª•Ø•∑•Á•Û•ÿ•√•¿•∆°º•÷•Î§Ú∏°∫˜ */
      shdr = (Elf_Shdr *)(head + ehdr->e_shoff + ehdr->e_shentsize * j);
      size = (shdr->sh_type != SHT_NOBITS) ? shdr->sh_size : 0;
      if (shdr->sh_offset < phdr->p_offset) continue;
      if (shdr->sh_offset + size > phdr->p_offset + phdr->p_filesz) continue;
      sname = (char *)(head + shstr->sh_offset + shdr->sh_name);
      printf("%s ", sname);
    }
    printf("\n");
  }

  /* •∑•Û•‹•ÎÃæ∞ÏÕ˜§Ú…Ωº® */
  printf("Symbols:\n");
  for (i = 0; i < ehdr->e_shnum; i++) { /* •∑•Û•‹•Î•∆°º•÷•Î§Ú∏°∫˜ */
    shdr = (Elf_Shdr *)(head + ehdr->e_shoff + ehdr->e_shentsize * i);
    if (shdr->sh_type != SHT_SYMTAB) continue;
    sym = shdr;
    for (j = 0; j < sym->sh_size / sym->sh_entsize; j++) {
      symp = (Elf_Sym *)(head + sym->sh_offset + sym->sh_entsize * j);
      if (!symp->st_name) continue;
      printf("\t[%d]\t%d\t%d\t%s\n",
	     j, (int)ELF_ST_TYPE(symp->st_info), symp->st_size,
	     (char *)(head + str->sh_offset + symp->st_name));
    }
  }

  /* ∫∆«€√÷§π§Î•∑•Û•‹•Î∞ÏÕ˜§Ú…Ωº® */
  printf("Relocations:\n");
  for (i = 0; i < ehdr->e_shnum; i++) { /* ∫∆«€√÷•∆°º•÷•Î§Ú∏°∫˜ */
    shdr = (Elf_Shdr *)(head + ehdr->e_shoff + ehdr->e_shentsize * i);
    if ((shdr->sh_type != SHT_REL) && (shdr->sh_type != SHT_RELA)) continue;
    rel = shdr;
    for (j = 0; j < rel->sh_size / rel->sh_entsize; j++) {
      relp = (Elf_Rel *)(head + rel->sh_offset + rel->sh_entsize * j);
      symp = (Elf_Sym *)(head + sym->sh_offset +
			 (sym->sh_entsize * ELF_R_SYM(relp->r_info)));
      if (!symp->st_name) continue;
      printf("\t[%d]\t%d\t%s\n",
	     j, ELF_R_SYM(relp->r_info),
	     (char *)(head + str->sh_offset + symp->st_name));
    }
  }

  return (0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
  int fd, size;
  struct stat sb;
  char *head, *fname;
  struct ar_hdr *arhdr, *nhdr = NULL;

  fd = open(argv[1], O_RDONLY);
  if (fd < 0) exit (1);
  fstat(fd, &sb);
  head = mmap(NULL, sb.st_size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);

  if (!memcmp(head, ARMAG, SARMAG)) {
    fprintf(stderr, "This is archive file.\n");
    for (arhdr = (struct ar_hdr *)(head + SARMAG);
	 (char *)arhdr < head + sb.st_size;
	 arhdr = (struct ar_hdr *)((char *)arhdr + sizeof(struct ar_hdr) + size)) {
      size = atoi(arhdr->ar_size);
      if (!memcmp(arhdr->ar_name, "/ ", 2)) {
	fprintf(stderr, "symbol table found.\n");
      } else if (!memcmp(arhdr->ar_name, "//", 2)) {
	fprintf(stderr, "string table found.\n");
	nhdr = arhdr;
      } else {
	if (arhdr->ar_name[0] == '/') {
	  if (nhdr == NULL) {
	    fprintf(stderr, "string table not found.\n");
	    exit (1);
	  }
	  fname = (char *)nhdr + sizeof(struct ar_hdr) + atoi(&arhdr->ar_name[1]);
	} else {
	  fname = arhdr->ar_name;
	}
	fprintf(stderr, "found: %.*s\n", strchr(fname, '/') - fname, fname);
	elfdump((char *)arhdr + sizeof(struct ar_hdr));
      }
      if (size % 2) size++;
    }
  } else {
    elfdump(head);
  }

  munmap(head, sb.st_size);
  close(fd);

  exit (0);
}

エンジニアとしての考え方

ソースコードから出発してもよい。
C言語規格から出発してもよい。
コンパイラから出発してもよい。

少なくとも、３つの道はひらけている。

上記の３つの道以外の「C言語教育」には近寄らない方がいいかもしれない。

ソースコード

何か一つのコンパイラでコンパイルしてみる。
コンパイラそのものを深掘りするよりも、
そのコンパイラで、このコードが通るようにすることに専念する。
コンパイルエラーが出たら記録する。

Error一覧(C/C++, python, bash...) Error(0)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/48b6cbc8d68eae2c42b8

コードがプログラマの意図通りの動作をするかどうかを確認する。
validationともいう。

C言語規格

C言語規格には、FreestandingというPosixOSを使わない仕様と、
HostedというPosixOSを使う仕様がある。

Hostedの場合には、関数がC言語の関数かPosixの関数かを調べるとよい。
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/

The C++ Standard Library: clang++とg++でコンパイルしてみた(まとめ):14件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9bdfaa392443d13e5759

C++17 - The Complete Guide clang++とg++でコンパイルしてみた(まとめ):4件
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/c000f307e642990781e1

C++N3242, 2011, ISO/IEC 14882, C++ standard(1) Example code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/685b5c1a2c17c1bf1318

C++N4606 Working Draft 2016, ISO/IEC 14882, C++ standard(1) Example code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/df5d62c35bd6ed1c3d43/

C++N4741, 2018 Standard Working Draft on ISO/IEC 14882 sample code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/3294c014044550896010

C++N4910:2022 Standard Working Draft on ISO/IEC 14882(0) sample code compile list
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/fc957ddddd402004bb91

Autosar Guidelines C++14 example code compile list(1-169)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/8ccbf6675c3494d57a76

コンパイラ

gccとClangと、Visual Studioの３つのコンパイラでコンパイルしてみるとよい。

３つのコンパイラでコンパイルできるコードは、Portabilityがあると言えるかもしれない。

gcc/g++(GNU) v.s. Clang/Clang++(LLVM) コンパイラ警告等比較、Error(13), C++(36)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/9a82b958cc3aeef0403f

コンパイル用shell script C版(clangとgcc)とC++版(clang++とg++)
https://qiita.com/kaizen_nagoya/items/74220c0577a512c2d7da

関数調査

C言語と、POSIXで検索する。

main

posix hosted implementation startup function.
It is not necesary in freestaindig implementation.

C N3219 5.1.2.3 Hosted environment
5.1.2.3.2 Program startup
The function called at program startup is named main. The implementation declares no prototype for this function. It shall be defined with a return type of int and with no parameters:

main.c

int main(void) { /* ... */ }

or with two parameters (referred to here as argc and argv, though any names may be used, as they
are local to the function in which they are declared):

main.c

int main(int argc, char *argv[]) { /* ... */ }

or equivalent;6) or in some other implementation-defined manner.

open

Posix open
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/open.html

posix.c

#include <fcntl.h>
int open(const char *path, int oflag, ...);

fstat

posix fstat
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/007904875/functions/fstat.html

posix.c

#include <sys/stat.h>
int fstat(int fildes, struct stat *buf);

mmap

posix mmap
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/9699919799/functions/mmap.html

posix.c

#include <sys/mman.h>
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags,
       int fildes, off_t off);

memcmp

C N3219 7.26.4 Comparison functions
7.26.4.1 The memcmp function

memcmp.c

#include <string.h>
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);

fprintf

C N3219 7.8 Format conversion of integer types
7.8.1 Macros for format specifiers
The fprintf macros for signed integers are:
PRIdN PRIdLEASTN PRIdFASTN PRIdMAX PRIdPTR
PRIiN PRIiLEASTN PRIiFASTN PRIiMAX PRIiPTR
The fprintf macros for unsigned integers are:
PRIbN PRIbLEASTN PRIbFASTN PRIbMAX PRIbPTR PRIoN PRIoLEASTN PRIoFASTN PRIoMAX PRIoPTR PRIuN PRIuLEASTN PRIuFASTN PRIuMAX PRIuPTR PRIxN PRIxLEASTN PRIxFASTN PRIxMAX PRIxPTR PRIXN PRIXLEASTN PRIXFASTN PRIXMAX PRIXPTR
The following fprintf macros for unsigned integer types are optional: PRIBN PRIBLEASTN PRIBFASTN PRIBMAX PRIBPTR

atoi

C N3219 7.24.1 Numeric conversion functions
7.24.1.2 The atoi, atol, and atoll functions

atoi.c

#include <stdlib.h>
int atoi(const char *nptr);

sizeof

C N3219 6.7.3 Type specifiers
6.7.3.6 Typeof specifiers
EXAMPLE 3 The equivalence between sizeof and typeof’s deduction of the type means this program has no constraint violations:

typeof.c

int main (int argc, char* argv[]) { static_assert(sizeof(typeof(’p’)) == 
sizeof(int)); static_assert(sizeof(typeof(’p’)) == sizeof(’p’)); 
static_assert(sizeof(typeof((char)’p’)) == sizeof(char)); 
static_assert(sizeof(typeof((char)’p’)) == sizeof((char)’p’)); 
static_assert(sizeof(typeof("meow")) == sizeof(char[5])); 
static_assert(sizeof(typeof("meow")) == sizeof("meow")); 
static_assert(sizeof(typeof(argc)) == sizeof(int)); 
static_assert(sizeof(typeof(argc)) == sizeof(argc)); 
static_assert(sizeof(typeof(argv)) == sizeof(char**)); 
static_assert(sizeof(typeof(argv)) == sizeof(argv));
}
static_assert(sizeof(typeof_unqual(’p’)) == sizeof(int)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual(’p’)) == sizeof(’p’)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual((char)’p’)) == sizeof(char)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual((char)’p’)) == sizeof((char)’p’)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual("meow")) == sizeof(char[5])); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual("meow")) == sizeof("meow")); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual(argc)) == sizeof(int)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual(argc)) == sizeof(argc)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual(argv)) == sizeof(char**)); 
static_assert(sizeof(typeof_unqual(argv)) == sizeof(argv));
return 0;

elfdump

bsd:elfdump()
https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=elfdump&sektion=1

munmap

posix:munmap
https://pubs.opengroup.org/onlinepubs/009604499/functions/munmap.html

munmap.c

#include <sys/mman.h>
int munmap(void *addr, size_t len); [Option End]

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