编写一个最小的 64 位 Hello World

原作者：CJ（cj1128）。原载 CJ 博客，页面标示日期为 2020-12-09。本文按原文主线作审校整理，保留入口、ELF、shebang、Tiny Script、Step 0–7、主要代码与最终 ELF 布局；省略部分工具输出和旁支细节，并非逐字全文。本文经作者授权转载。源站声明 © 2026 CJ’s blog, All rights reserved；未见源站或配套仓库声明开放许可，转载授权不构成开放许可。

线性刻度；数据取自作者的历史实验和配套仓库，不是本稿测量。

经典 C 入门程序虽短，却涉及预处理、标准库、启动代码、链接器与内核装载。本文以文件尺寸为线索，观察从 C 源码到 Linux ELF 可执行文件的过程。原文说明实验基于 64 位 x86-64 CentOS 7；配套仓库 README 记载 Linux 3.10.0-862.el7.x86_64 与 Homebrew GCC 5.5.0_7，原文展示 GNU ld（Binutils）2.34，未注明 NASM 版本。尺寸数字和命令结果均为作者配套仓库对原始源码的历史记录；本稿对部分内联汇编作了编辑修正，修订代码未重新构建，因此这些数值不是本稿代码的实测结果，也不能推断在现代工具链或其他架构上相同。

入口、ELF 与 shebang

#include <stdio.h>
int main(void) {
    printf("hello, world\n");
    return 0;
}

这引出一些构建工具隐藏的问题：谁调用 main 并处理返回值？谁实现 printf？不用它能否输出？ELF（Executable and Linkable Format）既存放可重定位目标文件，也存放可执行文件。ELF 头和程序头描述入口与装载段；Linux 的 /usr/include/elf.h 定义相应结构。原文把原生 ELF 与脚本作对照，但常见 GCC ELF 仍可能依赖动态链接器和共享库；“原生”不等于完全不依赖外部运行时。

脚本也可直接执行，但依赖外部解释器。第一行 #!/bin/bash 是 shebang，Linux 内核识别该格式并按行中解释器路径处理脚本。原文以“读取前 128 字节”说明加载过程；这不应被当作程序可依赖的精确读取承诺。使用 #!/usr/bin/env node 可让 env 在 PATH 查找 Node，免于写死本机安装路径，但仍依赖 /usr/bin/env 存在且 PATH 可找到 Node。

原文记录 Node v11 曾在 Node 代码中移除 shebang；Node v12 所用 V8 支持 Hashbang grammar 后转由引擎解析。这是历史版本说明，不代表当前运行时内部实现。

Linux 的 binfmt_misc 还可注册其他加载规则；原文以包装器运行 Go 源文件为例，将规则写入 /proc/sys/fs/binfmt_misc/register。此操作修改系统配置，本稿未执行。原文创建包装器时使用未引用的 here-document 分隔符，Shell 会在写文件时先展开其中的 $1，因此生成脚本时参数可能已经丢失；若要保留运行时参数，应使用 <<'EOF'，并写成 go run "$1"，避免拆词和通配符展开。

脚本也可以很短，但仍依赖解释器

原文比较 Ruby 的 puts "hello, world" 与 PHP 短输出语句，并把解释器路径用符号链接缩短。在作者环境中，PHP 脚本记录为 18 字节。它只计算脚本文件本身，不含 PHP 解释器，因而不是独立的原生程序。

缩小 C 生成的 ELF 文件

0. 基准与 1. 符号表

用 gcc -s hello.c -o hello.out 剥除可移除的符号信息后，作者记录为 14,512 字节，减少约 2 KiB。具体保留哪些动态链接所需信息取决于工具链；发布是否保留调试符号仍应按调试需求决定。

2. 优化与 3. 启动文件

尝试 -O3 后，作者记录的尺寸没有变化；优化不能保证每个程序都更小。

通常 GCC 会链接 C 运行时启动文件（crt）。crt1.o 的 _start 准备参数、调用 main 并处理其返回值，另有 crti.o、crtbegin.o、crtend.o、crtn.o。原文把入口改成 nomain 并直接退出：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int nomain(void) {
    printf("hello, world\n");
    _exit(0);
}

作者仓库 Step 3 的实际构建命令是 gcc hello.c -s -O3 -e nomain -nostartfiles -o hello.out，记录为 13,664 字节；原文正文简写为 gcc -e nomain -nostartfiles，没有列出前述 -s -O3。_exit 不执行 C 库通常的完整清理过程，这是去掉运行时开销的学习示例；若 printf 的输出仍在 stdio 缓冲区（例如重定向到文件或管道），直接调用 _exit 可能丢弃它。这里把普通 C 函数直接指定为 ELF 入口；内核跳到 e_entry 时不会像正常 C 函数调用那样压入返回地址，初始栈与函数调用约定也不同。因此该例不是通用、可移植的 C 启动方式；尺寸和行为仅按作者历史环境记录，可靠入口应由符合 ABI 的启动桩处理。

4. 直接调用 Linux 系统调用

Linux x86-64 通过寄存器传入系统调用号和参数，再执行 syscall。输出需要 write（编号 1，文件描述符 1，13 字节），退出使用 exit（编号 60）。以下整理了原文 GCC 内联汇编示例：

const char *str = "hello, world\n";
void myprint(void) {
    asm volatile(
        "movq $1, %%rax\n"
        "movq $1, %%rdi\n"
        "movq %0, %%rsi\n"
        "movq $13, %%rdx\n"
        "syscall\n"
        : : "r"(str) : "rax", "rdi", "rsi", "rdx", "rcx", "r11", "memory");
}
__attribute__((noreturn)) void myexit(void) {
    asm volatile(
        "movq $60, %%rax\n"
        "xor %%rdi, %%rdi\n"
        "syscall\n" : : : "rax", "rdi", "rcx", "r11", "memory");
    __builtin_unreachable();
}
__attribute__((noreturn)) void nomain(void) { myprint(); myexit(); }

作者仓库 Step 4 的构建命令是 gcc hello.c -s -O3 -e nomain -nostartfiles -nostdlib -o hello.out，README 将原始源码与该命令对应为 12,912 字节；原文正文只写了 gcc -nostdlib。此数值不代表本稿补充 clobber 后的代码尺寸。GCC 扩展汇编中的寄存器百分号按 %%rax 形式转义；本稿修正了原文未转义处，并补充 syscall 会破坏的 rcx/r11 与 memory clobber。这是编辑修正，不是原文代码。示例仍不检查 write 的返回值或短写，只适合说明寄存器约定，不是完整系统调用封装。

5. 自定义链接脚本

readelf -S -W 显示节内容虽小，文件偏移却很大。作者展示的 GNU ld 默认脚本按当时 4 KiB MAXPAGESIZE 对齐，造成文件间隙；这是该工具链记录，不是所有 x86-64 链接器或版本的固定值。作者用脚本指定入口和节：

ENTRY(nomain)
SECTIONS {
  . = 0x8048000 + SIZEOF_HEADERS;
  tiny : { *(.text) *(.data) *(.rodata*) }
  /DISCARD/ : { *(*) }
}

作者仓库 Step 5 的命令为 gcc hello.c -s -O3 -e nomain -nostartfiles -nostdlib -T link.lds -o hello.out，README 记录 584 字节；原文正文简写为 gcc -T link.lds。丢弃其他所有节会破坏很多项目所需的初始化、重定位与运行时信息；地址和对齐也都是具体实验条件，不能照搬到 PIE、共享库或任意程序。

6. NASM 汇编

section .data
message: db "hello, world", 0xa
section .text
global nomain
nomain:
    mov rax, 1
    mov rdi, 1
    mov rsi, message
    mov rdx, 13
    syscall
    mov rax, 60
    xor rdi, rdi
    syscall

作者仓库 Step 6 使用 nasm -f elf64 hello.asm、ld hello.o -T link.lds -o hello.out、strip hello.out，README 记录 440 字节。原文正文只概述汇编和链接步骤。这些指令依赖 Linux x86-64 ABI，不适用于 Windows 或 ARM64。

7. 手工 ELF

最后由 NASM 输出平面二进制，自己填写 ELF 头、程序头、机器码和字符串：

BITS 64
org 0x400000
ehdr:
    db 0x7f, "ELF", 2, 1, 1, 0
    times 8 db 0
    dw 2
    dw 0x3e
    dd 1
    dq _start
    dq phdr - $$
    dq 0
    dd 0
    dw ehdrsize
    dw phdrsize
    dw 1
    dw 0
    dw 0
    dw 0
ehdrsize equ $ - ehdr
phdr:
    dd 1
    dd 5
    dq 0
    dq $$
    dq $$
    dq filesize
    dq filesize
    dq 0x1000
phdrsize equ $ - phdr
_start:
    mov rax, 1
    mov rdi, 1
    mov rsi, message
    mov rdx, 13
    syscall
    mov rax, 60
    xor rdi, rdi
    syscall
message: db "hello, world", 0xa
filesize equ $ - $$

作者仓库 Step 7 使用 nasm -f bin hello.asm -o hello.out 并运行 chmod +x hello.out，README 记录 170 字节。ELF 头为 64 字节、程序头 56 字节、代码 37 字节、字符串 13 字节。机器字段 0x3e 表示 x86-64；程序头 flags 为 5（读、执行），对齐 0x1000。字段偏移：入口字段位于 0x18，程序段起始于 0x40，入口地址为 0x400078，代码位于 0x78，字符串位于 0x9d，文件结束地址为 0xaa。任何偏移错误都可能导致内核拒绝加载或执行异常。这个方案依赖 ELF ABI、内核装载器与系统调用约定，不能宣称适用于任意 64 位机器；程序也不检查 write 是否成功。

尺寸变化一览

阶段	原文尺寸
GCC 基准	16,712 字节
剥符号	14,512 字节
`-O3`	无变化
去启动文件	13,664 字节
去标准库	12,912 字节
自定义链接脚本	584 字节
汇编	440 字节
手工 ELF	170 字节