当 -m64 -mcmodel=small 时强制使用 32 位堆栈

Question

具有必须为多个平台编译为 32 位和 64 位的 C 源代码。 获取缓冲区地址的结构 - 需要将地址放入 32 位值中。

显然，在可能的情况下，这些结构将使用自然大小的 void * 或 char * 指针。 然而，对于某些部分，API 将这些指针的大小指定为 32 位。

在 x86_64 linux 上，使用 -m64 -mcmodel=small 静态数据和 malloc() 数据都适合在 2Gb 范围内。然而，堆栈上的数据仍然从高端内存开始。

因此，给定一个小实用程序 _to_32() 例如：

int _to_32( long l ) {
  int i = l & 0xffffffff;
  assert( i == l );
  return i;
}

then:

char *cp = malloc( 100 );
int a = _to_32( cp );

将可靠地工作，就像：

static char buff[ 100 ];
int a = _to_32( buff );

but:

char buff[ 100 ];
int a = _to_32( buff );

将使assert() 失败。

有人可以在不编写自定义链接器脚本的情况下解决此问题吗？

或者任何如何安排堆栈数据的链接器部分的想法，都会出现在链接器脚本中的此部分中：

.lbss   :
{
  *(.dynlbss)
  *(.lbss .lbss.* .gnu.linkonce.lb.*)
  *(LARGE_COMMON)
}

谢谢！

Answer 1

堆栈位置很可能由操作系统指定，与链接器无关。

我无法想象为什么你试图将 64 位机器上的指针强制转换为 32 位。当您与可能在另一种体系结构上运行的某些东西共享数据并保存到文件或通过网络发送时，结构的内存布局非常重要，但是几乎没有任何正当理由让您从一台计算机发送指针到其他。调试是我想到的唯一有效的原因。

即使存储一个指针供稍后在同一台机器上运行程序的另一次使用也几乎肯定是错误的，因为程序加载的位置可能不同。使用这样的指针将是未定义的和不可预测的。

Answer 2

简短的回答似乎是没有简单的答案。至少没有简单的方法来重新分配堆栈指针的范围/位置。

加载程序“ld-linux.so”在进程激活的早期阶段获取 hurd 加载程序中的地址 - 在 glibc 源文件中，elf/ 和 sysdeps/x86_64/ 搜索 elf_machine_load_address() 和 elf_machine_runtime_setup()。

这种情况发生在调用您的 _start() 条目和相关设置来调用您的 main() 的序言​​中，不适合胆小的人，即使我无法说服自己这是一条安全的路线。

碰巧 - 该解决方案以其他一些老派技巧呈现出来...指针通货紧缩/通货膨胀...

使用 -mcmodel=small 那么自动变量、alloca() 地址以及 argv[] 和 envp 之类的东西都是从堆栈将从高内存开始向下增长。这些地址在此示例代码中进行验证：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <alloca.h>

extern char etext, edata, end;
char global_buffer[128];

int main( int argc, const char *argv[], const char *envp )
{
  char stack_buffer[128];
  static char static_buffer[128];
  char *cp = malloc( 128 );
  char *ap = alloca( 128 );
  char *xp = "STRING CONSTANT";

  printf("argv[0] %p\n",argv[0]);
  printf("envp    %p\n",envp);
  printf("stack   %p\n",stack_buffer);
  printf("global  %p\n",global_buffer);
  printf("static  %p\n",static_buffer);
  printf("malloc  %p\n",cp);
  printf("alloca  %p\n",ap);
  printf("const   %p\n",xp);
  printf("printf  %p\n",printf);

  printf("First address past:\n");
  printf("    program text (etext)      %p\n", &etext);
  printf("    initialized data (edata)  %p\n", &edata);
  printf("    uninitialized data (end)  %p\n", &end);
}

产生以下输出：

    argv[0] 0x7fff1e5e7d99  
    envp    0x7fff1e5e6c18  
    stack   0x7fff1e5e6a80  
    global  0x6010e0  
    static  0x601060  
    malloc  0x602010  
    alloca  0x7fff1e5e69d0  
    const   0x400850  
    printf  0x4004b0  
    First address past:  
        program text (etext)      0x400846  
        initialized data (edata)  0x601030  
        uninitialized data (end)  0x601160  

对结构的 32 位部分的所有访问都必须用 inflate() 和 deflate() 例程包装，例如：

void *inflate( unsigned long );
unsigned int deflate( void *);

deflate() 测试 0x7fff00000000 和 0x7fff00000000 范围内设置的位标记指针，以便 inflate() 能够识别如何重构实际指针。

如果有人同样必须支持 64 位指针的 32 位存储结构，希望能有所帮助。