背景
最近になって，x64をちゃんと勉強したので，少しだけひねったHello WorldをC言語で書いてみることにした． （※x64のLinux環境でしか動作しない）
const char main[] = "\x48\xc7\xc0\x01\x00\x00\x00\xba\x0d\x00\x00\x00\xbf\x01\x00\x00\x00\xe8\x0c\x00\x00\x00\x48\x81\xc6\x11\x00\x00\x00\x0f\x05\x31\xc0\xc3\x48\x8b\x34\x24\xc3Hello World!\n";
何とワンライナーである． ヘッダのインクルードが無く，main関数ではなく，main配列となっている点が通常のHello Worldと比較すると異質な点であろう．
ワンライナーではわかりづらいので，コメントを入れてみる． 要は機械語である．
const char main[] = // mov $0x01,%rax "\x48\xc7\xc0\x01\x00\x00\x00" // mov $0x0d,%edx "\xba\x0d\x00\x00\x00" // mov $0x01,%edi "\xbf\x01\x00\x00\x00" // callq 0x0c "\xe8\x0c\x00\x00\x00" // add $0x11,%rsi "\x48\x81\xc6\x11\x00\x00\x00" // syscall "\x0f\x05" // xor %eax,%eax "\x31\xc0" // ret "\xc3" // mov (%rsp),%rsi "\x48\x8b\x34\x24" // ret "\xc3" // String data "Hello World!\n";
先にタネ明かしをすると，以下を行っているだけにすぎない．
// 第1引数：ファイルディスクリプタ (1: stdout) // 第2引数：文字列領域へのポインタ // 第3引数：出力文字数 write(1, "Hello World!\n", 13);
このことを念頭に置き，解説を行っていく．
解説
全体像
mainというのは所詮 crt*.o 中から呼び出しされているに過ぎない．
従って，main という名前の指し示すアドレスの先に関数と同様のデータがあれば問題はない．
基本的に1つの配列に納めたかったので，コードとデータを同一の領域に置いてある． 別々にした場合，データのアドレスを取得するのが面倒になるためだ． （引数でデータのポインタを渡す等の処理が必要になるが，今回はmainを作っているため難しい）
配列 main 中の "Hello World!\n" より前は実行するコードであり，"Hello World!\n" は当然データである．
後は，コード中のいずれかの位置で，その地点のアドレスを取得し， "Hello World!\n" 領域のアドレスを取得すればよい．
システムコール
x64におけるシステムコールでは各レジスタが以下のように役割を果たす． 今回利用するのは第三引数まで．
| レジスタ | 役割 |
|---|---|
| rax | システムコール番号 |
| rdi | システムコールの第1引数 |
| rsi | システムコールの第2引数 |
| rdx | システムコールの第3引数 |
今回利用する write システムコールのC言語APIは以下の通り．
size_t write(int fd, const void *buf, size_t count)
| 引数 | 役割 |
|---|---|
fd |
ファイルディスクリプタ |
buf |
出力データのサイズ |
count |
出力文字数 |
以上より，レジスタを以下の状態にすることを目指す．
| レジスタ | 中身 |
|---|---|
| rax | 1 (writeシステムコールの番号は1) |
| rdi | 1 (stdoutは1) |
| rsi | Hello Worldへのアドレス |
| rdx | 13 (“Hello World!\n” の文字数は13) |
現在位置の取得
Hello World! 文字列アドレスの取得のために，実行しているコードの位置を取得する必要がある．
現在位置はレジスタripに入っているが，直接値を取り出すことはできない．
したがって，
という手段で取得する．
コードまとめ
ここまでの話をまとめると，配列の中身は以下の通りになる．
| 命令 | 動作 |
|---|---|
mov $0x01,%rax |
raxに1を格納 |
mov $0x0d,%edx |
rdxの下位32bitに0x0d(0x14)をセット |
mov $0x01,%edi |
rdiの下位32bitに0x01をセット |
callq 0x0c |
12bbyte先を関数として呼び出し |
add $0x11,%rsi |
0x0fをrsiに加算．この命令位置から17byte先が "Hello World!\n" |
syscall |
システムコール |
xor %eax,%eax |
mainの返り値を0に設定（eaxは関数の返り値） |
ret |
main関数のreturn |
(%rsp),%rsi |
呼出元のアドレスをrsiに格納 |
ret |
呼出位置アドレス取得関数のreturn（add $0x0f,%rsiに復帰） |
"Hwllo World!\n" |
文字列データ |
その他いろいろ
通常，関数の返り値はraxに格納するものだが，面倒なので今回は直接rsiに放り込むという手段を取っている． 自分でコードを書く分には，x64の呼出規約を無視しても構わないだろう．
まとめ
この記事では，少し奇妙な形のC言語のHello Worldを紹介した． 一見，難解に見えるHello Worldのコードであるが，わかってしまえば大したことはない．
今回はx64用のコードを紹介した． なので，Wandboxに貼り付ければ実行できる．
x86については読者の課題としよう（笑）
