對于c編譯器，大家均有所了解。因此對于c編譯器的基本知識，本文將不再介紹。本文中，將基于gcc c編譯器，為大家講解程序插裝技術，以幫助大家更好理解c編譯器的用處，并推動大家對于c編譯器的學習進程。

一、引言

程序插裝(Program Instrumentation)概念最先是由J.G.Huang教授提出，是借助往被測程序中插入操作(稱為“探針”)，以便獲取程序的控制流和數(shù)據(jù)流信息，從而實現(xiàn)測試目的的方法。在軟件動態(tài)測試中，程序插裝是一種基本的測試手段，應用廣泛，是覆蓋率測試、軟件故障注入和動態(tài)性能分析的基礎技術。

GCC(GNU ComPIler Collection)是一個高度優(yōu)化，高度可移植，廣泛使用的編譯系統(tǒng)。它能處理多種語言，包括C/C++、Fortran、Java和Pascal等多種語言前端，而且后端支持幾乎所有的處理器結構。GCC作為源碼開放的軟件，人們可以自由修改和使用;加入插裝模塊后，在GCC所支持的語言中都可插入相應的測試代碼(這里只介紹C語言的插裝模塊)。本文將詳細敘述如何修改GCC，使其在編譯每個C函數(shù)時，分別將各個形式參數(shù)連同該函數(shù)名傳遞給一個指定函數(shù)。該指定函數(shù)的返回值賦予原來的形式參數(shù)，從而可以人為控制被插裝函數(shù)的每個參數(shù)實際值，進而完成各種規(guī)則下的測試。

二、GCC編譯流程分析

編譯器的工作是將源代碼(通常使用高級語言編寫)翻譯成目標代碼(通常是低級的目標代碼或者機器語言)。在現(xiàn)代編譯器的實現(xiàn)中，這個工作一般是分為兩個階段來實現(xiàn)的：

第一階段，編譯器的前端接收輸入的源代碼，經(jīng)過詞法、語法和語義分析等得到源程序的某種中間表示方式。

第二階段，編譯器的后端將前端處理生成的中間表示方式進行一些優(yōu)化，并最終生成在目標機器上可運行的代碼。

GCC編譯器以一個函數(shù)為單位對經(jīng)過預處理的輸入源文件進行編譯處理。根據(jù)GNU Bison(一個類似YACC但功能更強大的文法分析工具)生成的語法分析程序，前端完成語法、語義分析，建立語法樹，并轉換成中間代碼。GCC內部使用了一種能對實際的體系結構做一種抽象的，與硬件平臺無關的語言，這個中間語言就是RTL(Register Ttansfer Language)。通過修改源程序的RTL，可以改變、刪除源程序，包括插入所需要的代碼，由GCC后端處理并最終輸出對應硬件平臺的匯編碼，源程序無需手工修改便可實現(xiàn)插裝功能。

GCC的入口點main函數(shù)在文件main.c中。此函數(shù)非常簡單，只有一條直接調用toplev_main函數(shù)的語句。toplev_main函數(shù)是在toplev.c文件中定義的，以下我們只關心與編譯有關的源碼，其他的暫時忽略。toplev_main中最重要的是調用了do_complile函數(shù)，這個函數(shù)從名字看就是做編譯工作的;而在此之后，toplev_main函數(shù)就返回了。dD_compile函數(shù)也是在tokv.c中定義的，其中真正進行編譯工作的是調用compilte_file函數(shù)。compik_file函數(shù)最終調用了一個鉤子函數(shù)來分析(parse)整個輸入文件：

(*lang_hooks.parse_file)(set_yydebug);

這里的lang_hooks是一個全局變量，不同語言的前端對此賦以不同的值。對C語言來說，這條語句相當于調用了c-opts.c中的c_common_parse_file函數(shù)。c_com-mon_parse_file中調用了c-parse.c中的c_parse_file函數(shù);在此函數(shù)中又調用了同文件中的yyparse函數(shù)，該函數(shù)負責解析C語言源文件，并轉化為特殊的語法樹結構。該函數(shù)是GNU bison將YACC轉變?yōu)镃語言而自動生成的，所以這段代碼閱讀起來比較困難，但我們并不關心語法分析的細節(jié)。在完成函數(shù)體的分析后，利用已經(jīng)建立的tree結構生成RTL，優(yōu)化后最終輸出匯編碼;自此C函數(shù)的編譯就算結束了，這些是由yyparse調用finish_function函數(shù)完成的。finish_function函數(shù)中最重要的函數(shù)是tree_rest_of_compilation(定義在tree_optimize.c中)，它是真正實現(xiàn)上述功能的函數(shù)。為了說明它所做的具體事情，我們將該函數(shù)做了刪減，保留了關鍵的地方。

將函數(shù)各個部分展開成RTL形式后，調用函數(shù)rest_of_comPIlation將RTL輸出為匯編碼。至此，得到了一張清晰的GCC編譯時的函數(shù)調用路線，如表1所列。

以上便是小編此次帶來的相關內容，希望大家通過本文可對gcc c編譯器程序插裝技術有所了解。最后，十分感謝大家的閱讀。