Warum wird das Deklarieren von main als Array kompiliert?

ich sah ein Codeschnipsel auf CodeGolf das ist als Compiler-Bombe gedacht, wo main wird als riesiges Array deklariert. Ich habe die folgende (Nicht-Bomben-) Version ausprobiert:

int main[1] = { 0 };

Es scheint unter Clang und mit nur einer Warnung unter GCC gut zu kompilieren:

Warnung: ‘main’ ist normalerweise eine Funktion [-Wmain]

Die resultierende Binärdatei ist natürlich Müll.

Aber warum kompiliert es überhaupt? Ist es überhaupt von der C-Spezifikation erlaubt? Der Abschnitt, den ich für relevant halte, lautet:

5.1.2.2.1 Programmstart

Die beim Programmstart aufgerufene Funktion heißt main. Die Implementierung deklariert keinen Prototyp für diese Funktion. Es muss mit dem Rückgabetyp int und ohne Parameter definiert werden […] oder mit zwei Parametern […] oder auf eine andere implementierungsdefinierte Weise.

Enthält “eine andere implementierungsdefinierte Weise” ein globales Array? (Mir scheint, dass sich die Spezifikation immer noch auf a bezieht Funktion.)

Wenn nicht, ist es eine Compiler-Erweiterung? Oder ein Feature der Toolchains, das einem anderen Zweck dient und sie sich entschieden haben, es über das Frontend verfügbar zu machen?

Dies liegt daran, dass C eine “nicht gehostete” oder freistehende Umgebung zulässt, die die nicht erfordert main Funktion. Das bedeutet, dass der Name main wird für andere Verwendungen freigegeben. Deshalb erlaubt die Sprache als solche solche Erklärungen. Die meisten Compiler sind so konzipiert, dass sie beides unterstützen (der Unterschied besteht hauptsächlich darin, wie das Linken erfolgt) und verbieten daher keine Konstrukte, die in einer gehosteten Umgebung illegal wären.

Der Abschnitt, auf den Sie sich im Standard beziehen, bezieht sich auf gehostete Umgebungen, das entsprechende für freistehende ist:

In einer freistehenden Umgebung (in der die C-Programmausführung ohne den Nutzen eines Betriebssystems stattfinden kann) sind Name und Typ der beim Programmstart aufgerufenen Funktion implementierungsdefiniert. Alle Bibliotheksfunktionen, die für ein freistehendes Programm verfügbar sind, mit Ausnahme des in Abschnitt 4 erforderlichen Mindestsatzes, sind implementierungsdefiniert.

Wenn Sie es dann wie gewohnt verknüpfen, wird es schlecht, da der Linker normalerweise wenig Wissen über die Natur der Symbole hat (welchen Typ es hat oder sogar, ob es eine Funktion oder Variable ist). In diesem Fall löst der Linker gerne Aufrufe an main zu der benannten Variablen main. Wenn das Symbol nicht gefunden wird, führt dies zu einem Verbindungsfehler.

Wenn Sie es wie gewohnt verknüpfen, versuchen Sie im Grunde, den Compiler im gehosteten Betrieb zu verwenden und dann nicht zu definieren main wie Sie es sollen bedeutet undefiniertes Verhalten gemäß Anhang J.2:

das Verhalten ist unter den folgenden Umständen undefiniert:

• …
• Programm in einer gehosteten Umgebung definiert keine Funktion namens main mit einer der angegebenen Formen (5.1.2.2.1)

Der Zweck der freistehenden Möglichkeit besteht darin, C in Umgebungen verwenden zu können, in denen (beispielsweise) Standardbibliotheken oder CRT-Initialisierung nicht gegeben sind. Dies bedeutet, dass der Code, der zuvor ausgeführt wird main aufgerufen wird (das ist die CRT-Initialisierung, die die C-Laufzeitumgebung initialisiert) wird möglicherweise nicht bereitgestellt, und von Ihnen wird erwartet, dass Sie diese selbst bereitstellen (und Sie können sich für eine main oder kann sich dagegen entscheiden).

Wenn Sie daran interessiert sind, wie Sie ein Programm im Hauptarray erstellen: https://jroweboy.github.io/c/asm/2015/01/26/when-is-main-not-a-function.html. Die Beispielquelle dort enthält nur ein char (und später int)-Array namens main die mit Maschinenanweisungen gefüllt ist.

Die wichtigsten Schritte und Probleme waren:

• Holen Sie sich die Maschinenanweisungen einer Hauptfunktion aus einem gdb-Speicherauszug und kopieren Sie sie in das Array
• Taggen Sie die Daten ein main[] ausführbar, indem es als const deklariert wird (Daten sind anscheinend entweder beschreibbar oder ausführbar)
• Letztes Detail: Ändern Sie eine Adresse für tatsächliche String-Daten.

Der resultierende C-Code ist einfach

const int main[] = {
    -443987883, 440, 113408, -1922629632,
    4149, 899584, 84869120, 15544,
    266023168, 1818576901, 1461743468, 1684828783,
    -1017312735
};

führt aber zu einem ausführbaren Programm auf einem 64-Bit-PC:

$ gcc -Wall final_array.c -o sixth
final_array.c:1:11: warning: ‘main’ is usually a function [-Wmain]
 const int main[] = {
           ^
$ ./sixth 
Hello World!

Das Problem ist, dass main ist kein reservierter Bezeichner. Der C-Standard sagt nur, dass es in gehosteten Systemen normalerweise eine Funktion namens main gibt. Aber nichts im Standard hindert Sie daran, dieselbe Kennung für andere finstere Zwecke zu missbrauchen.

GCC gibt Ihnen eine selbstgefällige Warnung “main ist normalerweise eine Funktion”, die auf die Verwendung des Bezeichners hinweist main für andere nicht verwandte Zwecke ist keine brillante Idee.

Blödes Beispiel:

#include <stdio.h>

int main (void)
{
  int main = 5;
  main:

  printf("%d\n", main);
  main--;

  if(main)
  {
    goto main;
  }
  else
  {
    int main (void);
    main();
  }
}

Dieses Programm gibt wiederholt die Zahlen 5,4,3,2,1 aus, bis es einen Stapelüberlauf bekommt und abstürzt (versuchen Sie das nicht zu Hause). Leider ist das obige Programm ein strikt konformes C-Programm und der Compiler kann Sie nicht daran hindern, es zu schreiben.

main ist – nach dem Kompilieren – nur ein weiteres Symbol in einer Objektdatei wie viele andere (globale Funktionen, globale Variablen usw.).

Der Linker verknüpft das Symbol main unabhängig von seiner Art. Tatsächlich kann der Linker den Typ des Symbols überhaupt nicht sehen (he kann sehen, dass es nicht in der ist .text-Abschnitt, aber das ist ihm egal ;))

Bei Verwendung von gcc ist der Standard-Einstiegspunkt _start, der wiederum main() aufruft, nachdem er die Laufzeitumgebung vorbereitet hat. Es springt also zur Adresse des Integer-Arrays, was normalerweise zu einer fehlerhaften Anweisung, einem Segfault oder einem anderen schlechten Verhalten führt.

Das alles hat natürlich nichts mit der C-Norm zu tun.

Es wird nur kompiliert, weil Sie nicht die richtigen Optionen verwenden (und funktioniert, weil Linker sich manchmal nur um die Namen von Symbolen, nicht ihre Typ).

$ gcc -std=c89 -pedantic -Wall x.c
x.c:1:5: warning: ISO C forbids zero-size array ‘main’ [-Wpedantic]
 int main[0];
     ^
x.c:1:5: warning: ‘main’ is usually a function [-Wmain]

const int main[1] = { 0xc3c3c3c3 };

Dies wird auf x86_64 kompiliert und ausgeführt … gibt nichts zurück: D