C语言的动态调用

我们都认为C语言是一种非常静态的语言,几乎没有什么动态特性,同时往往在编译器就决定了整个运行方式,运行期是很难改变其运行状态的。其实C语言也是可以比较动态的,只是由于C语言是一个跨平台兼容语言,每个平台都有不同的实现,其动态化很难统一。这里我们看看在AArch64平台上的动态化实现。

其他语言的动态化

脚本语言是非常具有动态特性的,其中典型的js就可以如下方式动态调用方法。

function hello() {
  console.log('hello world')
}
eval('hello()')

平时开发常用的Objc也有一定的动态特性,比如NSInvocation

- (id)performSelector:(SEL)aSelector;

都可以通过方法名称来调用。

那么我们来看看C语言的表现。

C语言的动态化

根据上两篇内容,我们了解了iOS/Mac系统的执行文件格式MachO,而linux常用的ELF也是类似,执行代码都在TEXT段,如果我们要执行对应的方法,我们只需要拿到对应的地址(也就是函数指针)就行了。

那么如何从字符串找到对应的地址呢?这就涉及到函数符号表了,根据上篇的内容,不难找到其对应的函数指针,这里系统也给我们提供了一个封装好的方法。

NAME
     dlsym -- get address of a symbol

SYNOPSIS
     #include <dlfcn.h>

     void*
     dlsym(void* handle, const char* symbol);

DESCRIPTION
     dlsym() returns the address of the code or data location specified by the null-terminated character string symbol.  Which libraries and bundles are searched depends on the handle parameter.

有了函数指针之后,只需要将我们的参数填入对应位置,我们就可以实现方法调用了。如何填入参数呢?根据之前的讨论和aapcs64ARM官方文档的说明,我们可以按照这种思路去填入参数。

这里我们简单的把所有参数都认为是int64(或者说void *)类型,这样我们可以把以上逻辑简化为:

  1. 按x0-x7顺序填入寄存器
  2. 剩下的都放入栈中

这里设计个简单的动态调用接口:

extern void dynamic_call_func_name(const char *func, int64_t argc, int64_t *args) {
    void *funcPtr = dlsym(RTLD_DEFAULT, func);
    dynamic_call_func((uintptr_t)funcPtr, argc, args);
}
extern void dynamic_call_func(uintptr_t func, int64_t argc, int64_t *args);

以及测试函数:

void one_arg(int64_t a1);
void two_arg(int64_t a1, int64_t a2);
void eight_arg(int64_t a1, int64_t a2, int64_t a3, int64_t a4, int64_t a5, int64_t a6, int64_t a7, int64_t a8);
void nine_arg(int64_t a1, int64_t a2, int64_t a3, int64_t a4, int64_t a5, int64_t a6, int64_t a7, int64_t a8, int64_t a9);
void ten_arg(int64_t a1, int64_t a2, int64_t a3, int64_t a4, int64_t a5, int64_t a6, int64_t a7, int64_t a8, int64_t a9, int64_t a10);
void eleven_arg(int64_t a1, int64_t a2, int64_t a3, int64_t a4, int64_t a5, int64_t a6, int64_t a7, int64_t a8, int64_t a9, int64_t a10, int64_t a11);
void more_arg(int64_t a1, int64_t a2, int64_t a3, int64_t a4, int64_t a5, int64_t a6, int64_t a7, int64_t a8,
              int64_t aa1, int64_t aa2, int64_t aa3, int64_t aa4, int64_t aa5, int64_t aa6, int64_t aa7, int64_t aa8);

那么动态调用可以写作:

int64_t args[] = {
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
};
dynamic_call_func_name("eleven_arg", sizeof(args)/sizeof(int64_t), args);

这样我们就实现了C语言的动态调用了。比如可以从其他端获得方法名和参数列表,就可以直接调用C方法了。这也是一些高级语言调用C语言的实现方式(cpython),以及一些rpc的实现方案。

接下来我们来看看如何填入参数,dynamic_call_func的实现方式。

动态设置参数

这里我们只能通过汇编来设置参数了。

.align 4

// C方法会自动加上前缀`_`
.global _dynamic_call_func

_dynamic_call_func:
// if func == NULL then return
cbz x0, DCReturnZero

// 申请栈空间,0x10用于缓存fp和lr,剩下的用于临时变量
// 这里不能确定调用的方法是否会用到栈空间来传递参数,所以这里暂不考虑,fp == sp
sub sp, sp, #0x20
stp x29, x30, [sp]
mov x29, sp

// 缓存一些入参,需要给下个方法腾出寄存器
// x9 = func
// x10 = x11 = argc
// x12 = x13 = args
mov x9, x0
mov x10, x1
mov x11, x1
mov x12, x2
mov x13, x2

// 没有参数直接 CALL
cbz x11, DCCallFunc

// 第一个参数
ldr x0, [x12]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

// 第二个参数
ldr x1, [x12, #0x8]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

ldr x2, [x12, #0x10]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

ldr x3, [x12, #0x18]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

ldr x4, [x12, #0x20]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

ldr x5, [x12, #0x28]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

ldr x6, [x12, #0x30]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

// 第八个参数
ldr x7, [x12, #0x38]
sub x11, x11, #1
cbz x11, DCCallFunc

// 栈参数
// 开始计算栈空间,由于我们的参数都是int64类型
// 所以栈空间x15 = x11(剩余参数个数) * 8
mov x16, #8
mul x15, x11, x16
// The NSAA is rounded up to the larger of 8 or the Natural Alignment of the argument’s type
// 这里需要对齐,我也不明白为什么
and x16, x15, #0x8
cbz x16, DCNoFixAlign
DCFixAlign:
add x15, x15, #0x8
DCNoFixAlign:

// 现在开始重新申请参数栈空间,并将栈空间大小存入临时变量`fp + 0x18`
DCStoreStackArgsLength:
str x15, [x29, #0x18]
sub sp, sp, x15

mov x15, sp
add x13, x12, #0x38

// 循环剩下的参数,逐个将其入栈:
// for arg in args+8:
//   push(arg)
DCPushStackArgs:
add x13, x13, #0x8
ldr x14, [x13]
str x14, [x15]
sub x11, x11, #1
add x15, x15, #0x8
cbnz x11, DCPushStackArgs


// CALL
DCCallFunc:
blr x9

// 这里首先销毁参数栈空间
ldr x15, [x29, #0x18]
cbz x15, DCRestoreStack
DCRestoreStackArgsLength:
add sp, sp, x15

// 然后还原fp, lr
// 销毁当前栈空间
DCRestoreStack:
ldp x29, x30, [sp]
add sp, sp, #0x20

ret

// ReturnZero:
DCReturnZero:
mov x0, 0
ret

经过测试,可以看到所有参数都被正确的传递过去了,说明这种思路是正确的。

总结

那么C语言动态调用能给我们一些什么好处呢。这是一种rpc的思想,而且这不需要额外的rpc支持,就可以直接调用几乎所有C方法,但是这样也给我们的程序带来了一定的风险,包括权限,参数类型等问题。

同时也是快速实现,或者说兼容C实现高级语言的一种方式,比如cpython就是利用了这种思想。

由于不同平台的差异性,可能会导致兼容工作非常庞大,那么我们可以设计几种类型的参数,或者固定几个参数,来简化我们的兼容工作,比如将所有的对象都放到堆上,使用指针来传递。

开源项目libffi实现了多平台的动态调用,有兴趣的人可以自己去了解其实现。

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 211,948评论 6 492
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 90,371评论 3 385
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 157,490评论 0 348
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 56,521评论 1 284
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 65,627评论 6 386
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 49,842评论 1 290
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 38,997评论 3 408
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 37,741评论 0 268
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,203评论 1 303
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,534评论 2 327
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 38,673评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,339评论 4 330
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 39,955评论 3 313
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 30,770评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,000评论 1 266
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,394评论 2 360
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,562评论 2 349

推荐阅读更多精彩内容