如何在结构体转储中获取字段的相对地址。[C]

Question

我们正在Linux下使用arm-eabi-gcc编译C程序。

我们正在使用一个大型结构的转储，并且我们无法确定应该读取结构的各个字段（例如50个字段）的地址（内存对齐和填充对我来说不太可预测）。

是否有任何方法可以获取由我们的编译器生成的结构的内存映射。 Gdb中的选项？或者任何帮助我们在转储中找到字段和地址对应关系的工具？

- Akhneyzar

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我可能在这里漏掉了一些明显的东西，但是如果你有一个声明为结构体实例（或者结构体指针）的变量（比如说x），那么你应该能够在 gdb 中只输入 print x （或者如果是指针，则为 print *x）来转储所有成员。 - Mark Wilkins

我不是在尝试获取我想要转储的地址。我已经有了这个转储，并需要所有成员的相对地址。 - Akhneyzar

Answer 1

您可以使用 gdb 来完成此操作。作为一个例子，我将使用这个源码：

struct A {
  int a;
  char b;
  short c;
};

int main() {
  struct A a;
}

在 gdb 中加载二进制文件：

(gdb) print (int)&((struct A*)0)->a
$1 = 0
(gdb) print (int)&((struct A*)0)->b
$2 = 4
(gdb) print (int)&((struct A*)0)->c
$3 = 6

更新：

如果你需要对大量字段进行操作，那么使用GDB的新Python接口可能会很方便（你需要使用最新版本的GDB才能使用它，我正在使用7.4版本）。我创建了offsets.py文件：

import gdb

class Offsets(gdb.Command):
    def __init__(self):
        super (Offsets, self).__init__ ('offsets-of', gdb.COMMAND_DATA)

    def invoke(self, arg, from_tty):
        argv = gdb.string_to_argv(arg)
        if len(argv) != 1:
            raise gdb.GdbError('offsets-of takes exactly 1 argument.')

        stype = gdb.lookup_type(argv[0])

        print argv[0], '{'
        for field in stype.fields():
            print '    %s => %d' % (field.name, field.bitpos//8)
        print '}'

Offsets()

然后你可以在你的 .gdbinit 文件中添加：

python
sys.path.insert(0, '/path/to/script/dir')
import offsets
end

然后在GDB中使用它，如下所示：

(gdb) offsets-of "struct A"
struct A {
    a => 0
    b => 4
    c => 6
}

这个脚本做了一些简化的假设，比如你不使用位域，并且它不会深入嵌套的结构体，但是如果需要，这些更改相对来说还是比较简单的。

- FatalError

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我理解，但我想在那里列出需要的50个字段。 - Akhneyzar

我制作了一个更完整的版本，感谢你的启发。点击。 - AStupidNoob

你的.gdbinit看起来很奇怪。为什么不使用source /path/to/script/dir/offsets.py呢？ - youfu

据我所知，source 用于运行其他 gdb 命令。因此，您可以将该片段放入其他文件中并进行源化，但我不认为您可以直接源化 Python 脚本。 - FatalError

@FatalError: 这里有文档[https://sourceware.org/gdb/onlinedocs/gdb/Python-Commands.html]。请注意Python版本（2/3），确保您没有使用gdb-minimal。 - youfu

@zhangyoufu：很好，谢谢:-)。我不确定这是新的（我已经有几年没有使用gdb了）还是我只是错过了它，但知道这一点很方便。 - FatalError

Answer 2

如果有人在几年之后阅读这篇文章，或者通过搜索引擎结果找到了它：自GDB 8.1以来，其内置的ptype命令具有用于此目的的/o标志。
它将打印MyType成员的偏移量和大小，还会显示“空洞”（填充），例如：

(gdb) ptype /o MyType
/* offset    |  size */  type = class MyType {
/*  0        |     4 */    int foo;
/* XXX  4-byte hole  */
/*  8        |     8 */    void* ptr;
                           /* total size (bytes):  16 */
                         }

- Daniel

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在我看来，这应该是被接受的答案。我很高兴不必再为了这些基本信息而费心地调试pahole。谢谢(: - jwd

Answer 3

您可以使用标准的stddef.h中定义的offsetof()宏从C程序中执行此操作。但是我不确定这是否是您想要的，因为您可能无法运行它（在主机上编译将返回错误的偏移量）。

#include <stdio.h>
#include <stddef.h>

struct A {
  int a;
  char b;
  short c;
};

int main() {
    printf("Offset of b in A is %zu\n", offsetof(struct A, b));
    return 0;
}

然而，您可以使用一些技巧来获取已编译二进制文件的偏移量而不执行它。也许将偏移值分配给静态变量，并找到某种方式来获取其值。

- Ambroz Bizjak

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使用在线GCC或在线ASM编译器快速获取值 :) - kolypto

Answer 4

对我来说，你可以编写一些类似于这样的代码来处理必填字段

struct MyStruct S;
int Offset_of_X=((long)&(S.X))-((long)&S);

计算在此编译情况下的字节偏移量。

这应该考虑到编译器可能存在的任何对齐问题。

- Elemental

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但是对于50个或更多字段，它缺乏效率。 - Akhneyzar

这段代码无法编译：指针算术运算不允许你从指向 X 的指针中减去指向 S 的指针。 - Didier Trosset