如何仅用Windows内置工具生成输出Hello World的.exe并自制简易编译器

一、将词法分析结果转换为机器码 #

你的核心需求是把print("Hello world!")这类高级指令转成x86_64机器码，且不依赖第三方汇编器，以下是具体步骤：

1. 映射高级指令到Win32 API调用 #

print本质是向控制台输出字符串，对应Win32的WriteConsoleA API，需要先通过GetStdHandle获取标准输出句柄，所以指令序列大致是：

1. 获取标准输出句柄：GetStdHandle(STD_OUTPUT_HANDLE)
2. 调用WriteConsoleA输出字符串
3. 退出程序

2. 手动编码x86_64机器码 #

x86_64指令由操作码、ModR/M字节、立即数等组成，需参考Intel x86_64指令集手册编码。比如：

• mov rcx, 0xFFFFFFF5（设置GetStdHandle的参数，STD_OUTPUT_HANDLE的值）对应的机器码是48 C7 C9 F5 FF FF FF
• call qword ptr [rip+0x0]（调用导入表中的GetStdHandle）对应的机器码是FF 15 00 00 00 00

3. 处理动态链接（关键） #

Windows API地址会随系统版本/ASLR随机化变化，不能硬编码地址，必须通过PE文件的导入表让系统加载时自动解析API地址：

• 定义导入描述符指向kernel32.dll
• 写入导入名称表（INT）和导入地址表（IAT），分别存储API名称和系统填充的实际地址

二、生成可执行文件并运行机器码 #

Windows仅识别PE（Portable Executable）格式的可执行文件，你需要用C++手动构造PE结构并写入磁盘：

1. 构造PE文件结构 #

PE文件包含以下核心部分，你需要用二进制字节数组逐个构建：

• DOS头：以MZ开头，指定PE头的偏移位置
• PE头：标记文件为x86_64架构，指定节数量等信息
• 可选头：定义入口点、镜像基址、节对齐方式等
• 节表：定义代码段（.text）、数据段（.data）的位置和属性
• 节数据：存放机器码、字符串、导入表等实际内容

2. 用C++生成PE文件示例 #

以下是极简的C++代码，直接生成可打印Hello world!的PE文件：

#include <fstream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<unsigned char> pe_data;

    // 1. DOS头
    pe_data.insert(pe_data.end(), {
        0x4D, 0x5A, 0x90, 0x00, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x04, 0x00, 0xFF, 0xFF, 0x00, 0x00, 0xB8, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x40, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
    });

    // 2. PE头+可选头（简化版）
    pe_data.insert(pe_data.end(), {
        0x50, 0x45, 0x00, 0x00, 0x64, 0x86, 0x02, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0xE0, 0x00, 0x02, 0x20, 0x0B, 0x02, 0x10, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x06, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x03, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x10, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x30, 0x00, 0x00, 0x00, 0x20, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00
    });

    // 3. 节表
    pe_data.insert(pe_data.end(), {
        '.', 't', 'e', 'x', 't', 0, 0, 0, 0x20, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x20, 0x00, 0x00, 0x00, 0xA0, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x60, 0x00, 0x00, 0x00, '.', 'd', 'a', 't', 'a',
        0, 0, 0, 0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0x30, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x10, 0x00, 0x00, 0x00, 0xC0, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0xC0, 0x00, 0x00, 0x00
    });

    // 4. .text节机器码
    pe_data.insert(pe_data.end(), {
        0x48, 0xC7, 0xC9, 0xF5, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0xFF, 0x15, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x48, 0x89, 0xC1, 0x48, 0xC7, 0xC2, 0x30, 0x00, 0x00, 0x00, 0x49, 0xC7, 0xC0,
        0x0D, 0x00, 0x00, 0x00, 0x49, 0xC7, 0xC1, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x6A, 0x00,
        0xFF, 0x15, 0x08, 0x00, 0x00, 0x00, 0x48, 0x31, 0xC0, 0xC3
    });
    while (pe_data.size() < 0xA0 + 0x20) pe_data.push_back(0x90);

    // 5. .data节数据（字符串+导入表）
    pe_data.insert(pe_data.end(), {
        'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ' ', 'w', 'o', 'r', 'l', 'd', '!', 0, 0, 0, 0,
        0x40, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x50, 0x00, 0x00, 0x00, 0x60, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x70, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
        0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 'k', 'e', 'r', 'n', 'e',
        'l', '3', '2', '.', 'd', 'l', 'l', 0, 0, 0, 0, 0x00, 0x00, 'G', 'e', 't',
        'S', 't', 'd', 'H', 'a', 'n', 'd', 'l', 'e', 0, 0x00, 0x00, 'W', 'r', 'i',
        't', 'e', 'C', 'o', 'n', 's', 'o', 'l', 'e', 'A', 0
    });

    // 写入exe文件
    std::ofstream out("hello.exe", std::ios::binary);
    out.write(reinterpret_cast<const char*>(pe_data.data()), pe_data.size());
    out.close();

    return 0;
}

3. 编译并运行 #

• 用Windows自带的cl.exe（需打开Developer Command Prompt）编译上述代码：cl /EHsc pe_generator.cpp
• 运行生成的pe_generator.exe，会输出hello.exe
• 直接双击或在cmd中运行hello.exe即可看到输出

4. 调试验证 #

• 用Windows自带的dumpbin.exe检查PE结构：dumpbin /headers hello.exe
• 若程序崩溃，可通过事件查看器的“Windows日志->应用程序”查看错误信息

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