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gcc -O2编译，gdb单步执行怪怪的
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2024-5-22 19:12
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代码（test.c）：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int foo = rand();
printf("foo is %d\n", foo++);
return foo;
}编译：
gcc test.c -O2 -g -Wall
调试：
gdb a.out (gdb) b main (gdb) r (gdb) layout src (gdb) p foo (gdb) layout asm
此时rip指向main()函数的第一条指令，打印foo变量，显示"<optimized out>"。
(gdb) layout src (gdb) n (gdb) p foo (gdb) layout asm
此时rip指向main()函数的第二条指令，打印foo变量，仍然显示"<optimized out>"。
(gdb) layout src (gdb) n (gdb) p foo (gdb) layout asm
此时rip指向main()函数的第三条指令，打印foo变量，仍然显示"<optimized out>"。
可以看到：C代码与汇编代码界面吻合，一边到达printf()函数，一边到达为printf()传参的指令，但是奇怪的是，既然"foo=rand()"执行完了，为什么看不到foo的值？
(gdb) layout src (gdb) n (gdb) p foo (gdb) layout asm
此时rip指向main()函数的第四条指令，打印foo变量，仍然显示"<optimized out>"。
可以看到：C代码界面的显示很奇怪，没到下一行，反而回到上一行了，不过从汇编代码看，此时确实是在备份rand()的返回值（rax->rbx）。
(gdb) layout src (gdb) n (gdb) p foo (gdb) layout asm
此时rip指向main()函数的第五条指令（地址：0x40047d），打印foo变量，显示为rand()返回值。
为什么到达第五条指令，才能显示foo的值？
objdump --dwarf=info a.out
这是因为，gdb是根据.debug_info节区的指引，获取foo的值，而"location list"表示：更详细指引信息，参照.debug_loc节区。
objdump --dwarf=loc a.out
.debug_loc节区内容表示，执行到[0x40047d, 0x400481)指令时，rax寄存器的值，即为foo的值，执行到[0x400481, 0x400489)指令时，rbx寄存器的值，即为foo的值。
这一定与代码的逻辑吻合：
一方面，其实执行到0x400476时，即rand()一执行完，就可以通过"p $rax"，知道foo的值了，但是gcc生成的起始地址是0x40047d，那"p foo"就只能晚一点才能显示出来；
另一方面，[0x400476, 0x40047f)区间的指令，都未修改rax寄存器，但是执行到0x400481处时，eax寄存器就被异或为0了，所以从0x400481开始，需要从rbx寄存器，获取foo的值（0x40047b处的指令，已经将eax备份到ebx了）。
为什么gcc -O0，不会显示"<optimized out>"？
如果利用栈传递参数和保存局部变量，每个函数的参数和局部变量，都占有独立的内存，在刚进入函数的时候就确定了，并且位置很容易推导。所以，"<optimized out>"的根本原因是寄存器传参，这是因为每个cpu只有少量的寄存器，要不停的复用，即使在同一个函数的不同的代码区间，对应的含义也不同。然而寄存器传参是一种约定，比如linux(决定用哪种约定)+ x86(决定有哪些寄存器)环境：
64位用户态函数、系统调用传参：rdi, rsi, rdx, rcx, r8, r9 64位内核态函数传参：rdi, rsi, rdx, r10, r8, r9 32位系统调用传参：ebx, ecx, edx, esi, edi, ebp 32位用户态、内核态函数传参：栈
这跟编译的优化级别无关，即使-O0，也要遵守这个约定（调用一个带参数的函数，gcc -O0编译，然后反汇编看一下就可以验证）。
那么，-O0跟-O2之间，是什么区别导致这种差别的呢？
objdump -S a.out
可以看出：跟-O2编译的代码相比，多了很多读写栈桢的内存操作，个人觉得这可能就是"两面迎合"，既遵守约定，又专门为gdb往栈里写一份。
objdump --dwarf=info a.out
foo地址 = DW_OP_fbreg - 20，并且，DW_OP_fbreg = DW_AT_frame_base = DW_OP_call_frame_cfa。
# 查看.eh_fram节区 readelf -Wwf a.out
"pc=000000000040055d..000000000040058c"，与main()函数指令地址区间对应，最终计算出：foo地址 = rbp-4，这与反汇编代码中，将rand()返回值压入"-0x4(%rbp)"吻合，并且由于gcc的事先准备，gdb可以始终可以从main()函数的栈帧中读到foo的值。
所以，遇到"<optimized out>"，通常可以尝试调整一下断点位置，也就是gdb-black-magics这篇文章，介绍的第一个魔法。
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