不使用libc进行编译

Question

我想在没有(g)libc的情况下编译我的C代码。 我怎样才能停用它，哪些函数依赖于它？

我尝试了-nostdlib，但是它没有帮助：代码可以编译和运行，但我仍然可以在可执行文件的十六进制转储中找到libc的名称。

- u149796

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“-nostdlib”应该可以解决问题，您使用的是哪个平台/编译器版本？ - Carl Norum

“doesn't help” 的意思是那个操作没有禁用库，还是你无法使用该标志编译任何内容？ - Josh Lee

你可能也想加上“-nostartupfiles”。意为在启动时不加载配置文件。 - user1831086

http://blog.ksplice.com/2010/03/libc-free-world/ 提供了非常好的描述，可以精确地控制gcc的程序输出。编辑：他们（ksplice）刚刚发布了上述教程/指南的第2部分。在这里查看它：http://blog.ksplice.com/2010/04/libc-free-world-2/ 这主要涉及链接器设置，以从文件中删除不必要的东西。 - Adam Shiemke

没有-nostartupfiles选项。你可能是想用-nostartfiles，这个选项已经被-nostdlib包含了。 - ataylor

这是一篇关于优化 ELF 二进制文件的绝佳文章，涵盖了从可执行文件中剥离 stdlib 的内容：Linux 上创建非常小的 ELF 可执行文件的旋风教程。 - Michał Trybus

Answer 1

如果您使用-nostdlib编译您的代码，则无法调用任何C库函数（当然），但您也不会得到常规的C引导代码。 特别地，在Linux上，程序的真正入口点不是 main()，而是一个名为_start()的函数。 标准库通常提供这个函数的版本，其中运行一些初始化代码，然后调用main()。

尝试使用 gcc -nostdlib -m32 编译此代码：

// Tell the compiler incoming stack alignment is not RSP%16==8 or ESP%16==12
__attribute__((force_align_arg_pointer))
void _start() {

    /* main body of program: call main(), etc */

    /* exit system call */
    asm("movl $1,%eax;"
        "xorl %ebx,%ebx;"
        "int  $0x80"
    );
    __builtin_unreachable();  // tell the compiler to make sure side effects are done before the asm statement
}

_start()函数应该总是以调用exit（或其他不返回的系统调用，如exec）结束。上面的示例直接使用内联汇编调用系统调用，因为通常的exit()不可用。

- ataylor

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对于64位架构，汇编代码应该长成这样：asm("mov rax,60; mov rdi,0; syscall")。 - sigalor

除了 @sigalor 的评论之外，要使用 gcc 进行编译，您需要使用 AT&T 语法，因此应该如下所示：asm(mov $60,%rax; mov $0,%rdi; syscall)。 - lanoxx

为什么_start()函数总是要以调用exit()结束？如果我在start()函数中不写exit()会怎样？ - Destructor

在我的系统上，@Destructor卡住了几秒钟，然后出现段错误。 - Moonchild

注意，堆栈在进入 _start 时的对齐方式不同：堆栈上没有返回地址，因此它仍然对齐为 16 字节。但是 GCC 将假定它是一个正常的函数，所以当它调用其他函数时，将违反 ABI。使用 -mincoming-stack-boundary=2 选项（文档）来告诉 GCC，在函数进入时堆栈可能只对齐为 4 字节，或者在 _start 上使用 __attribte__((target("something")))。 - Peter Cordes

Answer 2

最简单的方法是将C代码编译为目标文件（使用gcc -c生成一些*.o文件），然后直接使用链接器(ld)将其链接起来。您将不得不使用一些额外的对象文件，例如/usr/lib/crt1.o等，以获得工作可执行文件(在内核看到的入口点和main()函数之间还需要一些工作)。要知道该链接什么，请尝试链接glibc，使用gcc -v:这应该会向您展示通常包含在可执行文件中的内容。

您会发现gcc生成的代码可能有一些依赖于一些隐藏函数。其中大多数在libgcc.a中。还可能存在对memcpy()、memmove()、memset()和memcmp()的隐藏调用，它们在libc中，因此您可能需要提供自己的版本（只要您对性能没有太高要求，这并不难）。

如果您查看生成的汇编代码（使用-S标志），有时事情可能会变得更加清晰。

- Thomas Pornin

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我必须使用_start而不是main，但当我尝试调用libc函数时，gcc并不会抱怨。如果我删除所有的libc调用，那么libc链接是否会消失？ - u149796

不是直接的。如果您尝试使用 gcc -v 命令，您会看到 gcc 给链接器一些对象文件（即 *.o 文件）。链接器将包含所有被给予的对象文件。"消失"仅出现在库文件(*.a文件)中，因为它们是对象文件的存储库，链接器可自由使用或不使用它们。 - Thomas Pornin