如何将函数或标签的地址加载到寄存器中

Question

我正在尝试将“main”的地址加载到 GNU 汇编器中的寄存器 (R10) 中。我没办法。在这里，我有什么和我收到的错误消息。

main:
   lea main, %r10

我还尝试了以下语法（这次使用 mov）

main:
   movq $main, %r10

使用以上两种方法，我都会收到以下错误：

/usr/bin/ld: /tmp/ccxZ8pWr.o: relocation R_X86_64_32S against symbol `main' can not be used when making a shared object; recompile with -fPIC
/usr/bin/ld: final link failed: Nonrepresentable section on output
collect2: error: ld returned 1 exit status

使用 -fPIC 编译不能解决问题，只会给我同样的错误。

Answer 1

在 x86-64 中，大多数立即数和位移仍然是 32 位，因为 64 位会浪费太多代码大小（I-cache 占用空间和获取/解码带宽）。

lea main, %reg是一种绝对disp32寻址模式，它将阻止加载时地址随机化 (ASLR) 选择随机 64 位（或 47 位）地址。所以它在 Linux 上不受支持，除了位置相关的可执行文件，或者在 MacOS上根本不支持静态代码/数据总是在低 32 位之外加载。（有关文档和指南的链接，请参阅x86 标记 wiki。）在 Windows 上，您可以将可执行文件构建为“大地址感知”或不“识别”。如果不选择，地址将适合 32 位。

将静态地址放入寄存器的标准有效方法是RIP 相关的 LEA：

# RIP-relative LEA always works.  Syntax for various assemblers:
  lea main(%rip), %r10       # AT&T syntax

  lea  r10, [rip+main]       # GAS .intel_syntax noprefix   equivalent
  lea  r10, [rel main]       ; NASM equivalent, or use  default rel
  lea  r10, [main]           ; FASM defaults to RIP-relative.  MASM may also

请参阅x86-64 GAS Intel 语法中的“[RIP + _a]”等 RIP 相关变量引用如何工作？有关 3 种语法的解释，以及为什么 x86-64 中的全局变量相对于指令指针进行访问？（和这个）原因是为什么 RIP 相对是处理静态数据的标准方法。

这使用从当前指令末尾开始的 32 位相对位移，例如jmp/ call。这可以达到在任何静态数据.data，.bss，.rodata，或在功能上.text，假定通常的2GiB总大小限制静态代码+数据。

在Linux 上的位置相关代码（gcc -fno-pie -no-pie例如构建）中，您可以利用 32 位绝对寻址来节省代码大小。此外，mov r32, imm32在 Intel/AMD CPU 上的吞吐量略高于 RIP 相关 LEA，因此乱序执行可能能够更好地与周围代码重叠。（优化代码大小通常不如大多数其他事情重要，但是当所有其他条件相同时，选择较短的指令。在这种情况下，所有其他条件至少相同，或者使用 更好mov imm32。）

看到x86-64 Linux 中不再允许使用 32 位绝对地址了吗？有关 PIE 可执行文件如何成为默认值的更多信息。（这就是为什么您在-fPIC使用 32 位绝对值时出现链接错误的原因。）

# in a non-PIE executable,  mov imm32 into a 32-bit register is even better
# same as you'd use in 32-bit code
## GAS AT&T syntax
mov  $main, %r10d        # 6 bytes
mov  $main, %edi         # 5 bytes: no REX prefix needed for a "legacy" register

## GAS .intel_syntax
mov  edi, OFFSET main

;;  mov  edi, main     ; NASM and FASM syntax

请注意，写入任何 32 位寄存器总是零扩展到完整的 64 位寄存器（R10 和 RDI）。

lea main, %edi或者lea main, %rdi也可以在 Linux 非 PIE 可执行文件中工作，但从不使用具有[disp32]绝对寻址模式的LEA （即使在不需要 SIB 字节的 32 位代码中）；mov总是至少一样好。

当您有一个唯一确定它的寄存器操作数时，操作数大小后缀是多余的；我更喜欢只写mov而不是movlor movq。

愚蠢/糟糕的方式是将 10 字节 64 位绝对地址作为立即数：

# Inefficient, DON'T USE
movabs  $main, %r10            # 10 bytes including the 64-bit absolute address

如果你使用mov rdi, main而不是mov edi, main很多人最终这样做，这就是你在 NASM 中得到的。Linux的动态链接不实际支持运行时的修正64位绝对地址。但它的用例是用于跳转表，而不是用于作为立即数的绝对地址。

movq $sign_extended_imm32, %reg（7 个字节）仍然使用 32 位绝对地址，但在符号扩展mov到 64 位寄存器上浪费了代码字节，而不是从写入 32 位寄存器到 64 位的隐式零扩展。

通过使用movq，你告诉GAS你想要一个R_X86_64_32S搬迁，而不是R_X86_64_6464位绝对搬迁。

您想要这种编码的唯一原因是内核代码，其中静态地址位于 64 位虚拟地址空间的高 2GiB，而不是低 2GiB。 与某些 CPU相比，它mov具有轻微的性能优势lea（例如，在更多端口上运行），但通常如果您可以使用 32 位绝对值，则它位于 2GiB 的低虚拟地址空间中mov r32, imm32。

（相关：x86-64 中 movq 和 movabsq 的区别）

PS：我故意省略了对“大”或“巨大”内存/代码模型的任何讨论，其中 RIP 相对 +-2GiB 寻址无法访问静态数据，或者甚至可能无法访问其他代码地址。以上适用于 x86-64 System V ABI 的“小型”和/或“小型 PIC”代码模型。您可能需要movabs $imm64中型和大型模型，但这种情况非常罕见。

我不知道是否mov $imm32, %r32适用于带有运行时修正的 Windows x64 可执行文件或 DLL，但相对于 RIP 的 LEA 确实适用。

半相关：在 x86 机器代码中调用绝对指针- 如果您正在 JIT，请尝试将 JIT 缓冲区放在现有代码附近以便您可以call rel32，否则movabs将指针放入寄存器。