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公眾號 : 嵌入式情報局
大家好，我是情報小哥！今天分享一篇C語言運行機器碼的文章，代碼不難不過能夠學到很多嵌入式的底層知識和嵌入式C的運行機制。
1、數電與程序的運行
學習嵌入式的各位朋友都知道有兩門必修基礎課程就是《數字電路》和《模擬電路》，學完以后基本上就開始學習《微機原理》了，這里簡單說說對這三者的理解吧。我們的生活在一個模擬信號的世界，比如聲音什么的都是連續的信號，對連續信號一般都會使用模擬電路對信號進行初步處理，而人類的思維更趨向于數字邏輯，所以會使用模數轉換對信號進行進一步描述。就拿我們用儀器測量長度，理論上永遠無法精確的測量到被測物體的長度到底是多少，而我們所得到的數值都是在一定的誤差之內進行表達的，所以數字信號僅僅只是模擬信號一個簡化表達，為了讓人類更好的認識自然界，這里畫個圖吧，方便大家理解。
在數字電路中最典型的就是譯碼器等等，微機就是由非常多這種不同功能的數字電路組合形成的集合體。之前的文章也說過，最終高級代碼會轉成"0101"機器碼供微機讀取運行，那么這些機器碼就相當于數字信號來觸發微機一系列的運行來完成人類的思維邏輯，從而達到控制真實環境的目的。難道隨便給個"0101信號"數字電路都可以執行動作嗎？答案肯定是不可以的。正所謂無規矩不成方圓，下面再具體跟大家聊聊。
2、匯編、指令集和機器碼
比較早期的項目都是用匯編進行程序設計的匯編語言轉換成機器碼，現在大部分人面對那些老項目的匯編工程簡直要瘋狂，不過隨著用戶需求的不斷增加匯編語言的開發速度、代碼的可移植性、可讀性等都難以滿足要求，這樣便有了高級語言的出現，包括現在的C++/JAVA等等，現在的高級語言都會編譯成匯編文件，匯編文件經過匯編器然后鏈接成我們的可執行文件。匯編語句最典型的就是MOV指令了，可以認為是最簡單的匯編指令吧，基本上大部分指令集都會包含有對應的MOV指令，每條匯編指令都會對應著相應的機器碼，可以說匯編指令就是為了標記機器碼讓我們大家能夠識別匯編語言轉換成機器碼，不然直接讀機器碼真的是太難了。前面說過機器碼相當于數字信號來觸發微機系統一系列數字電路的動作，從而完成對應的功能。不同的匯編指令-->不同的機器碼-->不同的數字信號-->不同的數字電路功能-->完成對應的工作；那么所有的匯編指令的集合就構成了指令集。不同的芯片一般有著不同的指令集，一般芯片功能比較復雜相應的指令集也會變得復雜。(配個圖)
3、C程序嵌入機器碼實現過程
好了，前面都是為后面進行的鋪墊，這里正式開始今天的主題，大部分小伙伴應該對C語言里面嵌入匯編語言了解得比較多，比如nop語句，或者是_asm_("匯編指令");等等形式，不過在C中嵌入機器碼的可能見得不多，因為也沒有必要，畢竟弄逆向的小伙伴也不多。這里主要是為了讓大家更加進一步了解C語言和底層的關系以及程序的運行方式等等，所以拿這個進行講解:
1)獲得程序機器碼
本例子我們是在Dev_C++5.7環境中編譯一個加法程序并生成對應的exe可執行文件，參考代碼如下:（再簡單不過了!）
#include
#include
/**********************************
* Fuction: main
* Author :(公眾號:最后一個bug)
**********************************/
int main(int argc, char*argv[]) {
int a = Myadd(1,2);
printf("%X\n",Myadd);
printf("公眾號:最后一個bug!\n");
return0;
}
/**********************************
* Fuction: Myadd
* Author :(公眾號:最后一個bug)
**********************************/
intMyadd(int a ,int b)
{
return(a + b);
}
把生成的exe文件進行反匯編獲得獲得對應的機器碼(注意:exe文件不僅僅全是程序的運行的機器碼還包括一些程序信息，大家可以查閱相關資料)。
上面分別是"內存地址|機器碼|對應的匯編語句"，可以看到call調用了地址處的myadd加法函數；該函數具體實現如下圖所示:
這樣中間這一列就是對應的程序機器碼了。哈哈，下一步我們就嵌入到C語言程序運行。
2)C程序運行我們的機器碼
大部分朋友應該學習過函數指針，那么函數名其實就是對應的函數所在地址，只需要把上面的機器碼放到我們的內存中，然后使用call指令進行運行豈不就可以運行對應的機器碼myAdd函數了?好，那么就實驗一下:(還是在Dev_C++環境)
#include
constunsignedchar uBinCode[] = {
0x55,
0x89,0xE5,
0x8B,0x45,0x0C,
0x8B,0x55,0x08,
0x01,0xD0,
0x5D,
0xC3,
};
/**********************************
* Fuction: main
* Author :(公眾號:最后一個bug)
**********************************/
int main(int argc, char*argv[]) {
printf("1 + 1 = %d\n",((int(*)(int,int))uBinCode)(1,1));
printf("5 + 5 = %d\n",((int(*)(int,int))uBinCode)(5,5));
printf("公眾號:最后一個bug!\n");
return0;
}
解析一下 :把機器碼變成byte放入到了數組中，為什么放入數組中?大家可以思考下，這樣數組名就代表著這塊數據的首地址，然后強制類型轉化為函數指針便可以執行對應的機器碼了。程序的運行結果如下:
4、最后小結
看到這里很多朋友應該對機器碼還有C語言運行有了一個更加深刻的認識吧，里面有一些小小的思考是值得大家推敲一下，大家有時間可以實驗一下。
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