Where is my function in hex file? - c

Question

I am trying to understand more about binary files. So I wrote a pointer *data to print out the function in the binary. The problem is that I cannot find the hex value that I printed out to stdio in the hexdump file.
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
/* Our old friend die from ex17. */
void die(const char *message){
if(errno){
perror(message);
}
else{
printf("ERROR: %s\n", message);
}
exit(1);
}
// a typedef creates a fake type, in this
// case for a function pointer
typedef int (*compare_cb)(int a, int b);
/* A classic buble sort function that uses
the compare_cb to do the sorting */
int *bubble_sort(int *numbers, int count, compare_cb cmp){
int temp = 0;
int i = 0;
int j = 0;
int *target = malloc(count * sizeof(int));
if(!target) die("Memory error.");
memcpy(target, numbers, count * sizeof(int));
for(i = 0; i < count; i++) {
for(j = 0; j < count - 1; j++) {
if(cmp(target[j], target[j+1])>0) {
temp = target[j+1];
target[j+1] = target[j];
target[j] = temp;
}
}
}
return target;
}
int sorted_order(int a, int b){
return a - b;
}
int reverse_order(int a, int b){
return b - a;
}
int strange_order(int a, int b){
if(a == 0 || b == 0){
return 0;
}
else{
return a % b;
}
}
/* Used to test that we are sorting things correctly by doing the sort and printing it out. */
void test_sorting(int *numbers, int count, compare_cb cmp){
int i = 0;
int *sorted = bubble_sort(numbers, count, cmp);
if(!sorted) die("Failed to sort as requested.");
for(i = 0; i < count; i++) {
printf("%d ", sorted[i]);
}
printf("\n");
free(sorted);
// printing function pointers purposefully
unsigned char *data = (unsigned char *)cmp;
for(i = 0; i < 25; i++) {
printf("%02x:", data[i]);
}
printf("\n");
}
int main(int argc, char *argv[]){
if(argc < 2) die("USAGE: ex18 4 3 1 5 6");
int count = argc - 1;
int i = 0;
char **inputs = argv + 1;
int *numbers = malloc(count * sizeof(int));
if(!numbers) die("Memory error.");
for(i = 0; i < count; i++) {
numbers[i] = atoi(inputs[i]);
}
test_sorting(numbers, count, sorted_order);
test_sorting(numbers, count, reverse_order);
test_sorting(numbers, count, strange_order);
free(numbers);
return 0;
}
When I run with:
$./ex18 1 2 3
I get:
1 2 3
55:48:89:e5:89:7d:fc:89:75:f8:8b:45:f8:8b:55:fc:29:c2:89:d0:5d:c3:55:48:89:
3 2 1
55:48:89:e5:89:7d:fc:89:75:f8:8b:45:fc:8b:55:f8:29:c2:89:d0:5d:c3:55:48:89:
2 3 1
55:48:89:e5:89:7d:fc:89:75:f8:83:7d:fc:00:74:06:83:7d:f8:00:75:07:b8:00:00:
Then I run:
$hexdump ex18 > ex18_hexdump
The content in ex18_hexdump is (this is updated with the correct file based on the comments, truncated because of the limit of the post):
0000000 457f 464c 0102 0001 0000 0000 0000 0000
0000010 0002 003e 0001 0000 06b0 0040 0000 0000
0000020 0040 0000 0000 0000 2880 0000 0000 0000
0000030 0000 0000 0040 0038 0009 0040 0023 0020
0000040 0006 0000 0005 0000 0040 0000 0000 0000
0000050 0040 0040 0000 0000 0040 0040 0000 0000
0000060 01f8 0000 0000 0000 01f8 0000 0000 0000
0000070 0008 0000 0000 0000 0003 0000 0004 0000
0000080 0238 0000 0000 0000 0238 0040 0000 0000
0000090 0238 0040 0000 0000 001c 0000 0000 0000
00000a0 001c 0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000
00000b0 0001 0000 0005 0000 0000 0000 0000 0000
00000c0 0000 0040 0000 0000 0000 0040 0000 0000
00000d0 0e7c 0000 0000 0000 0e7c 0000 0000 0000
00000e0 0000 0020 0000 0000 0001 0000 0006 0000
00000f0 1e10 0000 0000 0000 1e10 0060 0000 0000
0000100 1e10 0060 0000 0000 0270 0000 0000 0000
0000110 0278 0000 0000 0000 0000 0020 0000 0000
0000120 0002 0000 0006 0000 1e28 0000 0000 0000
0000130 1e28 0060 0000 0000 1e28 0060 0000 0000
0000140 01d0 0000 0000 0000 01d0 0000 0000 0000
0000150 0008 0000 0000 0000 0004 0000 0004 0000
0000160 0254 0000 0000 0000 0254 0040 0000 0000
0000170 0254 0040 0000 0000 0044 0000 0000 0000
0000180 0044 0000 0000 0000 0004 0000 0000 0000
0000190 e550 6474 0004 0000 0c5c 0000 0000 0000
00001a0 0c5c 0040 0000 0000 0c5c 0040 0000 0000
00001b0 0064 0000 0000 0000 0064 0000 0000 0000
00001c0 0004 0000 0000 0000 e551 6474 0006 0000
00001d0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
*
00001f0 0000 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0000
0000200 e552 6474 0004 0000 1e10 0000 0000 0000
0000210 1e10 0060 0000 0000 1e10 0060 0000 0000
0000220 01f0 0000 0000 0000 01f0 0000 0000 0000
0000230 0001 0000 0000 0000 6c2f 6269 3436 6c2f
0000240 2d64 696c 756e 2d78 3878 2d36 3436 732e
0000250 2e6f 0032 0004 0000 0010 0000 0001 0000
0000260 4e47 0055 0000 0000 0002 0000 0006 0000
0000270 0018 0000 0004 0000 0014 0000 0003 0000
0000280 4e47 0055 fa9e 22b4 8dc1 8436 2383 76de
0000290 941a 0296 8cb1 14fa 0001 0000 0001 0000
00002a0 0001 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
00002b0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
*
00002d0 005c 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
00002e0 0000 0000 0000 0000 0017 0000 0012 0000
00002f0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000300 0026 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
0000310 0000 0000 0000 0000 001f 0000 0012 0000
0000320 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000330 004a 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
0000340 0000 0000 0000 0000 0061 0000 0020 0000
0000350 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000360 0037 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
0000370 0000 0000 0000 0000 003e 0000 0012 0000
0000380 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0000390 0010 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
00003a0 0000 0000 0000 0000 0045 0000 0012 0000
00003b0 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
00003c0 000b 0000 0012 0000 0000 0000 0000 0000
00003d0 0000 0000 0000 0000 6c00 6269 2e63 6f73
00003e0 362e 6500 6978 0074 6570 7272 726f 7000
00003f0 7475 6863 7261 7000 6972 746e 0066 5f5f
0000400 7265 6e72 5f6f 6f6c 6163 6974 6e6f 6d00
0000410 6d65 7063 0079 616d 6c6c 636f 6100 6f74
0000420 0069 5f5f 696c 6362 735f 6174 7472 6d5f
0000430 6961 006e 7266 6565 5f00 675f 6f6d 5f6e
0000440 7473 7261 5f74 005f 4c47 4249 5f43 2e32
0000450 3431 4700 494c 4342 325f 322e 352e 0000
0000460 0000 0002 0002 0002 0002 0002 0000 0003
0000470 0002 0002 0002 0002 0001 0002 0001 0000
0000480 0010 0000 0000 0000 9194 0696 0000 0003
0000490 0070 0000 0010 0000 1a75 0969 0000 0002
00004a0 007b 0000 0000 0000 1ff8 0060 0000 0000
00004b0 0006 0000 0006 0000 0000 0000 0000 0000
00004c0 2018 0060 0000 0000 0007 0000 0001 0000
00004d0 0000 0000 0000 0000 2020 0060 0000 0000
00004e0 0007 0000 0002 0000 0000 0000 0000 0000
00004f0 2028 0060 0000 0000 0007 0000 0003 0000
0000500 0000 0000 0000 0000 2030 0060 0000 0000
0000510 0007 0000 0004 0000 0000 0000 0000 0000
0000520 2038 0060 0000 0000 0007 0000 0005 0000
0000530 0000 0000 0000 0000 2040 0060 0000 0000
0000540 0007 0000 0006 0000 0000 0000 0000 0000
0000550 2048 0060 0000 0000 0007 0000 0007 0000
0000560 0000 0000 0000 0000 2050 0060 0000 0000
0000570 0007 0000 0008 0000 0000 0000 0000 0000
0000580 2058 0060 0000 0000 0007 0000 0009 0000
0000590 0000 0000 0000 0000 2060 0060 0000 0000
00005a0 0007 0000 000a 0000 0000 0000 0000 0000
00005b0 2068 0060 0000 0000 0007 0000 000b 0000
00005c0 0000 0000 0000 0000 8348 08ec 8b48 2505
00005d0 201a 4800 c085 0574 73e8 0000 4800 c483
00005e0 c308 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
00005f0 35ff 1a12 0020 25ff 1a14 0020 1f0f 0040
0000600 25ff 1a12 0020 0068 0000 e900 ffe0 ffff
0000610 25ff 1a0a 0020 0168 0000 e900 ffd0 ffff
0000620 25ff 1a02 0020 0268 0000 e900 ffc0 ffff
0000630 25ff 19fa 0020 0368 0000 e900 ffb0 ffff
0000640 25ff 19f2 0020 0468 0000 e900 ffa0 ffff
0000650 25ff 19ea 0020 0568 0000 e900 ff90 ffff
0000660 25ff 19e2 0020 0668 0000 e900 ff80 ffff
0000670 25ff 19da 0020 0768 0000 e900 ff70 ffff
0000680 25ff 19d2 0020 0868 0000 e900 ff60 ffff
0000690 25ff 19ca 0020 0968 0000 e900 ff50 ffff
00006a0 25ff 19c2 0020 0a68 0000 e900 ff40 ffff
00006b0 ed31 8949 5ed1 8948 48e2 e483 50f0 4954
00006c0 c0c7 0bf0 0040 c748 80c1 400b 4800 c7c7
00006d0 0a6a 0040 67e8 ffff f4ff 0f66 441f 0000
00006e0 87b8 6020 5500 2d48 2080 0060 8348 0ef8
00006f0 8948 77e5 5d02 b8c3 0000 0000 8548 74c0
0000700 5df4 80bf 6020 ff00 0fe0 801f 0000 0000
0000710 80b8 6020 5500 2d48 2080 0060 c148 03f8
0000720 8948 48e5 c289 c148 3fea 0148 48d0 f8d1
0000730 0275 c35d 00ba 0000 4800 d285 f474 485d
0000740 c689 80bf 6020 ff00 0fe2 801f 0000 0000
0000750 3d80 1929 0020 7500 5511 8948 e8e5 ff7e
0000760 ffff c65d 1605 2019 0100 c3f3 1f0f 0040
0000770 8348 a83d 2016 0000 1e74 00b8 0000 4800
0000780 c085 1474 bf55 1e20 0060 8948 ffe5 5dd0
0000790 7be9 ffff 0fff 001f 73e9 ffff 55ff 8948
00007a0 48e5 ec83 4810 7d89 e8f8 fe72 ffff 008b
00007b0 c085 0e74 8b48 f845 8948 e8c7 fec0 ffff
00007c0 16eb 8b48 f845 8948 bfc6 0c04 0040 00b8
00007d0 0000 e800 fe58 ffff 01bf 0000 e800 febe
00007e0 ffff 4855 e589 8348 40ec 8948 d87d 7589
00007f0 48d4 5589 c7c8 f445 0000 0000 45c7 00ec
0000800 0000 c700 f045 0000 0000 458b 48d4 4898
0000810 e0c1 4802 c789 55e8 fffe 48ff 4589 48f8
0000820 7d83 00f8 0a75 0fbf 400c e800 ff6d ffff
0000830 458b 48d4 4898 148d 0085 0000 4800 4d8b
0000840 48d8 458b 48f8 ce89 8948 e8c7 fe10 ffff
0000850 45c7 00ec 0000 e900 00c7 0000 45c7 00f0
0000860 0000 e900 00a8 0000 458b 48f0 4898 c083
0000870 4801 148d 0085 0000 4800 458b 48f8 d001
0000880 088b 458b 48f0 4898 148d 0085 0000 4800
0000890 458b 48f8 d001 108b 8b48 c845 ce89 d789
00008a0 d0ff c085 667e 458b 48f0 4898 c083 4801
00008b0 148d 0085 0000 4800 458b 48f8 d001 008b
00008c0 4589 8bf4 f045 9848 8348 01c0 8d48 8514
00008d0 0000 0000 8b48 f845 0148 8bc2 f045 9848
00008e0 8d48 850c 0000 0000 8b48 f845 0148 8bc8
00008f0 8900 8b02 f045 9848 8d48 8514 0000 0000
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0002e10 1ff8 0060 0000 0000 1ff8 0000 0000 0000
0002e20 0008 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0002e30 0008 0000 0000 0000 0008 0000 0000 0000
0002e40 00eb 0000 0001 0000 0003 0000 0000 0000
0002e50 2000 0060 0000 0000 2000 0000 0000 0000
0002e60 0070 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
0002e70 0008 0000 0000 0000 0008 0000 0000 0000
0002e80 00f4 0000 0001 0000 0003 0000 0000 0000
I cannot find 55 and 48 next to each other.
Update 1: The updated binary file has the following patterns that looks like the function I printed:
first pattern:
0000790 7be9 ffff 0fff 001f 73e9 ffff 55ff 8948
00007a0 48e5 ec83 4810 7d89 e8f8 fe72 ffff 008b
00007b0 c085 0e74 8b48 f845 8948 e8c7 fec0 ffff
second pattern:
0000980 99fc 7df7 89f8 5dd0 55c3 8948 48e5 ec83
0000990 4840 7d89 89d8 d475 8948 c855 45c7 00ec
00009a0 0000 4800 558b 8bc8 d44d 8b48 d845 ce89
However, from the pattern I printed out:
55:48:89:e5:89:7d:fc:89:75:f8:8b:45:f8:8b:55:fc:29:c2:89:d0:5d:c3:55:48:89:
I should be able to find this function in the binary, i.e., I am lookin for something like below in the binary:
...89fc7d89e5894855
But the first pattern above has:
...8348e5894855
which is different from the pattern I am looking for
The second pattern above has:
...8348e5894855
which is also different.

Answer 1

If you want to know where the compiler (or strictly the linker) has located data and functions in the binary, you need to instruct the linker to generate a map file, or you can use the objdump and/or nm utilities on the existing object file.

Answer 2

After compiling your code, without any optimizations, I get the executable ex18 with a size of 10,136 bytes. file reports it as a "Mach-O 64-bit executable x86_64", since I am on a Mac. Some tool names and notations may be different on your system.
Let's have a look at this file with some of the standard tools of Linux et fili.
Using hexdump I get 363 lines of hex, and some of them are * which indicate a repetition of the previous line. (Without that default setting, I'd get 10136/16 = 821 lines.)
After adding -Wl,-map,ex18.map (remember: I'm on OS X, and this command line syntax is different than the default for general versions of gcc) I get a file that starts with
# Path: ex18
# Arch: x86_64
# Object files:
[ 0] linker synthesized
[ 1] /usr/lib/crt1.10.6.o
[ 2] /var/folders/b6/g3yv219j13v46njdytcd767w0000gn/T//ccoACNzu.o
[ 3] /usr/lib/libSystem.dylib
# Sections:
# Address Size Segment Section
0x1000007A0 0x0000056F __TEXT __text
0x100000D10 0x00000036 __TEXT __stubs
0x100000D48 0x0000006C __TEXT __stub_helper
0x100000DB4 0x00000056 __TEXT __cstring
0x100000E0A 0x00000050 __TEXT __unwind_info
0x100000E60 0x00000198 __TEXT __eh_frame
0x100001000 0x00000028 __DATA __program_vars
0x100001028 0x00000010 __DATA __nl_symbol_ptr
0x100001038 0x00000048 __DATA __la_symbol_ptr
0x100001080 0x00000020 __DATA __common
# Symbols:
# Address Size File Name
0x1000007A0 0x0000003C [ 1] start
0x1000007E0 0x00000050 [ 2] _die
0x100000830 0x000001C0 [ 2] _bubble_sort
0x1000009F0 0x00000070 [ 2] ___inline_memcpy_chk
0x100000A60 0x00000020 [ 2] _sorted_order
0x100000A80 0x00000020 [ 2] _reverse_order
0x100000AA0 0x00000040 [ 2] _strange_order
0x100000AE0 0x00000100 [ 2] _test_sorting
0x100000BE0 0x0000012F [ 2] _main
.. followed by more functions that were used in the program (_atoi, _exit) and the addresses of literal strings and such. What does this information tell us?
You can ignore the large offset 0x100000000;
the remainder is the offset of each item in the executable binary file;
most names have one or more leading underscores added (this is a peculiarity of most linkers, and it comes down to 'having a unique name' -- don't worry about it);
the Sections are, broadly speaking, to indicate what each part of the file is for. Some sections are executable (in this case, __text is); some contain literal text data (__cstring contains only the text strings from your program). Executables are divided into sections for several good reasons. "Code", for example, can only be run when in an executable section, "Read-Only data" may never be executed, and so on and so forth.
The Symbols are addresses of functions and data in the executable. In this dump, the addresses appear in their most basic form: minus the huge constant, as an offset into the executable file.
That last item, the Symbol listing, seems to be your point of interest. start, for instance, is at 7A0 in my binary. Examining the hex dump, I find the following sequence of bytes at that position: 6A 00 48 89 E5 48 83 E4 F0... Now these are literal instructions to the CPU. We can find the same for sorted_order, reverse_order and strange_order and confirm they are almost the same bytes you get when printing from "within" the program.
But what do these bytes mean? On to the next tool.
Clifford mentions objdump, my OS X has otool. Using otool -tv ex18, I get a 404 line long disassembly of the text section. The disassembly starts with
(__TEXT,__text) section
start:
00000001000007a0 pushq $0x00
00000001000007a2 movq %rsp,%rbp
00000001000007a5 andq $0xf0,%rsp
00000001000007a9 movq 0x08(%rbp),%rdi
00000001000007ad leaq 0x10(%rbp),%rsi
00000001000007b1 movl %edi,%edx
00000001000007b3 addl $0x01,%edx
and this is the written out form ('disassembly') of the hex bytes I show above. otool includes, very helpful, the function names as labels, so we can scroll through the list and find your _sorted_order, _reverse_order, and _strange_order functions again. Here is what I got:
55 48 89 E5 89 7D FC 89 75 F8 ...
or, in more readable disassembly:
_sorted_order:
0000000100000a60 pushq %rbp
0000000100000a61 movq %rsp,%rbp
0000000100000a64 movl %edi,0xfc(%rbp)
0000000100000a67 movl %esi,0xf8(%rbp)
0000000100000a6a movl 0xfc(%rbp),%eax
0000000100000a6d movl 0xf8(%rbp),%ecx
0000000100000a70 subl %ecx,%eax
0000000100000a72 movl %eax,0xf0(%rbp)
0000000100000a75 movl 0xf0(%rbp),%eax
0000000100000a78 movl %eax,0xf4(%rbp)
0000000100000a7b movl 0xf4(%rbp),%eax
0000000100000a7e popq %rbp
0000000100000a7f ret
For the precise meaning of this, you may want to consult an assembler web site. Assembly may look intimidating, but even a short primer will be enough to understand the general gist. Me, I can read this like a novel (a short and boring one) ;) it reads two values from the internal stack, subtracts one from the other, and returns that value in %eax. That seems pretty much what the routine in C does too (which is a good thing: this is the evidence that the compiler created code that does exactly what your C code told it to!).
How does this compare to the hex dump from your program? (And why did I state it may "almost" be the same?)
In your source, you call the sort routine through cmp, a pointer to a function. The pointer is what is going to be used by the sort function as its comparison routine. Other than forwarding it as a pointer, instead of a regular immediate call, it's perfectly normal C syntax.
This means that when running the program, the value of cmp is that of the compare routine itself. It is no different than the 'value' of test_sorting when called with
test_sorting (numbers, count, sorted_order);
What do you get when 'reading' from a pointer to a function? Why, the actual code at that address of course! It is nothing more and nothing less than the instructions that are going to be executed next. You don't even have to use a function to get the pointer to anything: adding this at the bottom of your main will also work.
unsigned char *data = (unsigned char *)test_sorting;
for(i = 0; i < 25; i++) {
printf("%02x:", data[i]);
}
printf("\n");
So, what you print from memory is the same as what you can locate in the executable file, right? No.
Earlier I said a program needs to know the addresses of functions, strings, and other assorted stuff. Their position must be included in the file because it may be loaded on any particular address; this way, a loader can relocate loaded addresses to the actual addresses in use. As an example, the literal string "ERROR: %s\n" in the function die is stored at
0x100000DB4 0x0000000B [ 2] literal string: ERROR: %s
according to my map file. When printf is called, it loads this address and sends it off elsewhere (ultimately, to your screen). However, you cannot be sure this program is loaded at the exact same memory address as the dump assumes. What if there is something else at that point in memory? So, the loader picks a free memory address to load in to, and adds this (absolute) address to each of the (relative) addresses in the executable file. And if you print out data from 'within' running the program, these are the addresses you get, including the absolute part, where inspecting the file you only get relative addresses.