字符串

這一篇分析字符串，字符串經常被使用，但是它的祕密也不少：

一、字符串的存儲位置

C源程序（string1.c）：

#include <stdio.h>

int main()
{
    puts("Hello, World!");
    return 0;
}

我們直接看可執行文件的反彙編結果：

[lqy@localhost temp]$ gcc -o string1 string1.c
[lqy@localhost temp]$ ./string1
Hello, World!
[lqy@localhost temp]$ objdump -s -d string1 > string1.txt
[lqy@localhost temp]$

string1.txt 中的部分內容如下：

Contents of section .rodata:
 8048488 03000000 01000200 00000000 48656c6c  ............Hell
 8048498 6f2c2057 6f726c64 2100               o, World!.

...

080483b4 <main>:
 80483b4:    55                       push   %ebp
 80483b5:    89 e5                    mov    %esp,%ebp
 80483b7:    83 e4 f0                 and    $0xfffffff0,%esp
 80483ba:    83 ec 10                 sub    $0x10,%esp
 80483bd:    c7 04 24 94 84 04 08     movl   $0x8048494,(%esp)
 80483c4:    e8 27 ff ff ff           call   80482f0 <puts@plt>
 80483c9:    b8 00 00 00 00           mov    $0x0,%eax
 80483ce:    c9                       leave
 80483cf:    c3                       ret

可見 0x8048494 應該是 "Hello, World!" 的地址，然後發現在 .rodata 段中 0x8048488 + 12 處正好存儲著 "Hello, World!" 的各個字符的 ASCII碼： 'H' 的 ASCII碼是 0x48，而感嘆號 '!' 的 ASCII碼碼是 0x21，最後編譯器還自動的為我們添了個字符串結束符 0x00： 只要是雙引號括起來的字符串，編譯器都會自動的為我們加結束符。

　　由此我們發現： 字符串和全局變量一樣做為靜態數據存儲在可執行文件中，在使用的時候用常量地址來訪問。

　　但是字符串被放在了 .rodata 段中，這個段中的數據與 .text 段（代碼段）中的數據一樣在可執行文件被載入內存運行時都是隻讀的（這裡的只讀是通過分頁管理實現的：在頁表表項中有一個位，設置為 1 表示該頁可寫，設置為 0 表示該頁只讀；如果試圖向只讀的頁中寫入數據， CPU 就會觸發頁保護異常）。 所以源字符串中的任何字符都不能在程序運行時更改。

二、字符串指針和字符數組

C源程序（string2.c）：

#include <stdio.h>

int main()
{
    char *s1 = "1234567";
    char s2[]= "1234567";

    puts(s1);
    puts(s2);
    return 0;
}

可執行文件的反彙編結果的賦值部分如下：

80483bd:    c7 44 24 1c c4 84 04     movl   $0x80484c4,0x1c(%esp)
80483c4:    08
80483c5:    a1 c4 84 04 08           mov    0x80484c4,%eax
80483ca:    8b 15 c8 84 04 08        mov    0x80484c8,%edx
80483d0:    89 44 24 14              mov    %eax,0x14(%esp)
80483d4:    89 54 24 18              mov    %edx,0x18(%esp)

0x80484c4 是字符串"1234567"的地址，所以：常量字符串賦值給指針時傳遞的是源字符串的地址；而賦值給局部字符數組時，要當成數字一個個拷貝到局部變量空間。因此第2種方式既浪費空間（4字節 vs 8字節）又浪費時間（1個mov vs 4個mov）。但是第2種方式也不是一無是處：第1種方式傳遞的是源字符串的地址，而源字符串在只讀頁中，無法修改，但是字符數組卻可以修改。

經驗：如果程序中本來就沒想改動該字符串，那就用指針吧；否則用字符數組或動態申請的空間來存。

三、格式描述符和轉義符

這個部分，我們來看看字符串中格式描述符和轉義符的來龍去脈， C源程序（string3.c）：

#include <stdio.h>

int main()
{
    printf("--------\n%d\n", 123);
    return 0;
}

彙編源文件中

gcc -S string3.c

結果如下：

.LC0:
    .string    "--------\n%d\n"

目標文件中

gcc -c string3.c
objdump -s -d string3.o > string3.txt

-c 默認輸出到 string3.o 文件中，

string3.txt 中的字符串：

Contents of section .rodata:
 0000 2d2d2d2d 2d2d2d2d 0a25640a 00        --------.%d..

兩個'\n'被替換成了 0x0a，%d 沒變

可執行文件中

gcc -o string3 string3.c
objdump -s -d string3 > string3.txt

可執行文件跟目標文件一樣：

Contents of section .rodata:
80484a8 03000000 01000200 00000000 2d2d2d2d  ............----
80484b8 2d2d2d2d 0a25640a 00                 ----.%d..

所以我們知道了：轉義符在變成二進制文件後就被轉義為我們想表達的那個字符了，而格式描述符自然是要留給 printf 運行時用的。知道這個有什麼用？如果我們來設計 printf 函數，那麼轉義字符我們就不用操心了，編譯器會把它們轉義過去的。

如果你想看看 printf 大概的實現， linux 0.01 的 kernel/vsprintf.c 中有一個簡化的（沒有實現浮點數的處理）實現，其中轉義字符是不操心的。

linux 各版本內核源代碼：http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/ linux 0.01：http://www.kernel.org/pub/linux/kernel/Historic/

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