构建带有递归函数的.so

Question

在处理某个项目期间，我遇到了无法构建这样的库的问题。我得到了类似的错误：relocation R_X86_64_PC32 against symbol '' can not be used when making a shared object;用 -fPIC 重新编译 最终我设法找到了根本原因。它是库中的递归函数。例如，我有以下众所周知的例子：

.section .text
.globl factorial
.type  factorial,STT_FUNC
factorial:
    push %rbp
    mov %rsp,%rbp

    mov 16(%rbp),%rax
    cmp $1,%rax
    je end_factorial
    dec %rax
    push %rax  #this is how we pass the argument to function
    call factorial
    pop %rbx
    inc %rbx
    imul %rbx,%rax
end_factorial:
    mov %rbp, %rsp
    pop %rbp
    ret

现在，让我们尝试构建共享库：

as  -g -o fact.o fact.s
ld -shared fact.o -o libfact.so
ld: fact.o: relocation R_X86_64_PC32 against symbol `factorial' can not be used when making a shared object; recompile with -fPIC

如果我包装阶乘函数，像这样：

.section .text
.globl fact
.type  fact,STT_FUNC
fact:
factorial:
    push %rbp
    mov %rsp,%rbp

    mov 16(%rbp),%rax
    cmp $1,%rax
    je end_factorial
    dec %rax
    push %rax  #this is how we pass the argument to function
    call factorial
    pop %rbx
    inc %rbx
    imul %rbx,%rax
end_factorial:
    mov %rbp, %rsp
    pop %rbp
    ret

我可以毫无错误地构建 so 库。

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问题是：为什么在构建包含递归函数的共享库时会出错？ 附：在这种情况下，静态链接可以正常工作。 谢谢！

Answer 1

factorial 是一个全局标签，因此可以进行符号插入。见Sorry state of dynamic libraries on Linux。 （还有an example of interposing malloc with LD_PRELOAD，还有一些docs）。

创建共享库时，call factorial 指令的目标不假定为同一文件中定义的factorial: 标签。那是因为你使用了.globl factorial。

正如 Jester 指出的那样，您应该为 call 目标定义一个单独的本地标签，这样您就可以保留全局 factorial 名称。

如果需要，您可以创建一个更简单的“帮助程序”函数，该函数使用自己的自定义调用约定，并且不会为递归部分创建带有 %rbp 的堆栈帧。 （但是在堆栈上获取 arg 已经不是 x86-64 的标准）。

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您可以通过 PLT 调用或通过 GOT 间接调用内存，但不要这样做；您不希望每个call 的额外开销，并且您不希望符号插入将您的非标准调用约定实现替换为通过%rdi 中的第一个整数arg 的普通实现。

说起来，在堆栈上传递一个 arg 是很慢的。你确实需要保存/恢复一些东西，除非你rewrite the recursion to be tail-recursive, like factorial_helper(accumulator*n, n-1)。但是您也不需要每次都使用%rbp 制作堆栈帧。

您没有在 call 之前维护 16 字节堆栈对齐，但在调用您自己不关心的私有函数时，您不需要这样做。

当然，如果您完全关心性能，首先就不会使用递归实现，因为为factorial 这样做的唯一原因是作为学习练习。重写为尾递归允许您（or the compiler if writing in C）将call/ret 变成jmp，这当然会变成一个循环。

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相关：What are good examples that actually motivate the study of recursion?。二叉树遍历或 Ackermann 函数递归实现比迭代更容易，但factorial 或斐波那契更难（在斐波那契的情况下，要慢得多）。