MIPS 和 x86_64 之间的对象对齐差异

Difference in object alignment between MIPS and x86_64

本文关键字：对象 对齐 之间 x86 MIPS      更新时间：2023-10-16

我有一个二进制对象，它是使用 MIPSpro 编译器在 SGI 64 位机器上生成的。 我正在尝试在运行 RHEL 6.7 的 64 位x86_64机器上读取此二进制对象。对象的结构类似于

class A {
public:
A(){
a_ = 1;
}
A(int a){
a_ = a;
}
virtual ~A();
protected:
int a_;
};
class B : public A {
public:
// Constructors, methods, etc
B(double b, int a){ 
b_ = b;
a_ = a;
}
virtual ~B();
private:
double b_;
};
A::~A(){}
B::~B(){}

读取二进制文件后，交换字节(由于字节序)，我发现b是正确的，但a未对齐，表明数据与我当前的构建未对齐。

我对此有两个问题。 首先，MIPS Pro编译器如何对齐其字段，这与gcc的工作方式有何不同。 我对继承类的情况感兴趣。 其次，gcc或C++中是否有一个选项可以强制对齐方式与MIPS相同？

更新 1： 为了进一步澄清，代码是在MIPS ABI n64上编译的。 我可以访问原始C++源代码，但我无法在MIPS机器上更改它。 我不得不在x86_64上阅读二进制文件。

更新 2： 我在向两台机器上的两个类添加virtual析构函数之前和之后都运行了 sizeof 命令。
在 MIPS 和 x86_64 上，虚拟指令之前的输出为

size of class A: 4
size of class B: 16

添加virtual方法后，在 SGI MIPS 上，输出为

size of class A: 8
size of class B: 16

在 x86-64 Linux 上：

size of class A: 16
size of class B: 24

看起来虚拟方法(或者只是一般的方法？)在这些机器上的处理方式是不同的。 任何想法为什么或如何解决这个问题？

希望使两个结构的二进制布局与继承相匹配，并拥有虚拟方法和跨不同的字节序，在我看来就像一个失败的原因(我什至不知道你是如何设法使fwrite/fread序列化即使在相同的架构上工作的 - 覆盖 vtable 地址是灾难的秘诀 - 即使在"正常"架构上，也没有什么能保证你它们将位于同一地址中，即使跨完全相同二进制文件的多次运行也是如此)。

现在，如果这种序列化格式已经写成一成不变，并且你必须处理它，我会完全避免"匹配二进制布局"的方式;你会生气并得到一个非常脆弱的结果。

相反，首先一劳永逸地找出源数据的确切二进制布局;您可以使用MIPS机器上所有成员的offsetof轻松完成，甚至只需打印每个成员的地址并计算相关差异。

现在您已经有了二进制布局，请编写一些独立于体系结构的反序列化代码。假设您发现您发现A是由以下部分组成的：

  • 0x00：VPTR(8字节);
  • 0x08：a_(4 字节);
  • 0x0c： (填充) (4 字节)

B由以下部分组成：

  • 0x00：VPTR(8字节);
  • 0x08：A::a_(4 字节);
  • 0x0c：(填充)(4 个字节);
  • 0x10：b_(8 字节)。

然后，您将编写代码，手动反序列化给定结构中的每个字段。例如：

typedef unsigned char byte;
uint32_t read_u32_be(const byte *buf) {
return uint32_t(buf[0])<<24 |
uint32_t(buf[1])<<16 |
uint32_t(buf[2])<<8  |
uint32_t(buf[3]);
}
int32_t read_i32_be(const byte *buf) {
// assume 2's complement in unsigned -> signed conversion
return read_u32_be(buf);
}
double read_f64_be(const byte *buf) {
static_assert(sizeof(double)==8);
double ret;
std::reverse_copy(buf, buf+8, (byte*)&ret);
return ret;
}
void read_A(const byte *buf, A& t) {
t.a_ = read_i32_be(buf+8);
}
void read_B(const uint8_t *buf, B& t) {
read_A(buf, t);
t.b_ = read_f64_be(buf+0x10);
}

请注意，这不是浪费精力，因为如果您碰巧更改了编译器、编译设置或任何其他可能影响类二进制布局的内容，即使对于 MIPS 版本，您也很快就会需要此代码。

顺便说一句，此代码的生成可能是自动化的，因为它是调试信息中可用的所有数据;因此，如果您有许多这种犯罪序列化格式的结构，则可以半自动生成反序列化代码(并将它们移动到更合理的位置以备将来使用)。

逆向工程：

将一些不同的对象实例写入多个文件中。
使用十六进制编辑器查找差异。
至少您可以获得二进制文件中每个值的位置。

最后，处理字节序。

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