otool与objdump指令准确性及栈帧指针使用的技术问询

测试用C程序 #

void fx2(){
    int c = 30;
    c++;
}

void fx1(){
    int b = 20;
    b++;
    fx2();
}

int main(){
    int a = 10;
    a++; 
    fx1();
}

Ubuntu 22.04.3 x86_64 编译与反汇编结果 #

使用命令gcc test.c -o test编译，再执行objdump -d test得到以下反汇编代码：

0000000000001129 <fx2>:
    1129:   f3 0f 1e fa             endbr64 
    112d:   55                      push   %rbp
    112e:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    1131:   c7 45 fc 1e 00 00 00    movl   $0x1e,-0x4(%rbp)
    1138:   83 45 fc 01             addl   $0x1,-0x4(%rbp)
    113c:   90                      nop
    113d:   5d                      pop    %rbp
    113e:   c3                      ret    

000000000000113f <fx1>:
    113f:   f3 0f 1e fa             endbr64 
    1143:   55                      push   %rbp
    1144:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    1147:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
    114b:   c7 45 fc 14 00 00 00    movl   $0x14,-0x4(%rbp)
    1152:   83 45 fc 01             addl   $0x1,-0x4(%rbp)
    1156:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
    115b:   e8 c9 ff ff ff          call   1129 <fx2>
    1160:   90                      nop
    1161:   c9                      leave  
    1162:   c3                      ret    

0000000000001163 <main>:
    1163:   f3 0f 1e fa             endbr64 
    1167:   55                      push   %rbp
    1168:   48 89 e5                mov    %rsp,%rbp
    116b:   48 83 ec 10             sub    $0x10,%rsp
    116f:   c7 45 fc 0a 00 00 00    movl   $0xa,-0x4(%rbp)
    1176:   83 45 fc 01             addl   $0x1,-0x4(%rbp)
    117a:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
    117f:   e8 bb ff ff ff          call   113f <fx1>
    1184:   b8 00 00 00 00          mov    $0x0,%eax
    1189:   c9                      leave  
    118a:   c3                      ret    

macOS Monterey 12.6.5 x86_64 编译与反汇编结果 #

使用命令clang test.c -o test编译，再执行otool -tV test得到以下反汇编代码：

(__TEXT,__text) section
_fx2:
0000000100003f40    pushq   %rbp
0000000100003f41    movq    %rsp, %rbp
0000000100003f44    movl    $0x1e, -0x4(%rbp)
0000000100003f4b    movl    -0x4(%rbp), %eax
0000000100003f4e    addl    $0x1, %eax
0000000100003f51    movl    %eax, -0x4(%rbp)
0000000100003f54    popq    %rbp
0000000100003f55    retq
0000000100003f56    nopw    %cs:(%rax,%rax)
_fx1:
0000000100003f60    pushq   %rbp
0000000100003f61    movq    %rsp, %rbp
0000000100003f64    subq    $0x10, %rsp
0000000100003f68    movl    $0x14, -0x4(%rbp)
0000000100003f6f    movl    -0x4(%rbp), %eax
0000000100003f72    addl    $0x1, %eax
0000000100003f75    movl    %eax, -0x4(%rbp)
0000000100003f78    callq   _fx2
0000000100003f7d    addq    $0x10, %rsp
0000000100003f81    popq    %rbp
0000000100003f82    retq
0000000100003f83    nopw    %cs:(%rax,%rax)
0000000100003f8d    nopl    (%rax)
_main:
0000000100003f90    pushq   %rbp
0000000100003f91    movq    %rsp, %rbp
0000000100003f94    subq    $0x10, %rsp
0000000100003f98    movl    $0xa, -0x4(%rbp)
0000000100003f9f    movl    -0x4(%rbp), %eax
0000000100003fa2    addl    $0x1, %eax
0000000100003fa5    movl    %eax, -0x4(%rbp)
0000000100003fa8    callq   _fx1
0000000100003fad    xorl    %eax, %eax
0000000100003faf    addq    $0x10, %rsp
0000000100003fb3    popq    %rbp
0000000100003fb4    retq

技术疑问解答 #

1. 反汇编工具是否展示可执行文件中的精确机器指令？ #

可以100%确认，默认情况下objdump和otool都是直接解析可执行文件中的二进制机器码，将其翻译成对应的汇编助记符，不会增删改任何指令。以函数序言的pushq %rbp为例，对应的机器码是0x55，在objdump的输出中能看到地址112d处的字节就是55，对应push %rbp；otool中地址0000000100003f40处的指令也是pushq %rbp，完全对应可执行文件中的二进制内容。只有当使用某些特殊选项（比如模拟优化后的指令展示）时，工具才可能做调整，但默认无选项的情况下，输出完全忠实于可执行文件中的机器指令。

2. 栈帧指针的使用应该归因于系统还是编译器？ #

准确的表述是特定环境下的GCC和Clang编译器使用栈帧指针，而非系统。栈帧指针的启用与否是编译器的编译选项控制的：比如GCC可以通过-fomit-frame-pointer选项禁用栈帧指针，Clang同样支持该选项；反之，即使在同一系统中，不同版本的编译器或不同的编译优化级别，也可能改变栈帧指针的使用策略。系统本身并不强制要求使用栈帧指针，这完全是编译器的选择。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者alessio solari