reverse-skills-max: initial public release (restored, redacted, hardened)
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baradok609hecl1pq6qi
110
vendor-new/rev-skills/.claude/skills/re-fp-runtime/SKILL.md
Normal file
110
vendor-new/rev-skills/.claude/skills/re-fp-runtime/SKILL.md
Normal file
@@ -0,0 +1,110 @@
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name: re-fp-runtime
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type: atomic
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description: >
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函数式语言运行时逆向（Haskell/OCaml）：闭包/堆对象模型、调用约定、数据流优先策略。
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触发词：Haskell逆向、OCaml逆向、GHC RTS、thunk、STG、OCaml runtime、闭包、函数式产物。
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capabilities: [lang-runtime-analysis]
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# 函数式运行时逆向（Haskell / OCaml）
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## 何时使用 / 何时不用
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- 用：Haskell/OCaml 产物（GHC RTS 符号、OCaml block 头特征），需要还原闭包/堆对象、求值顺序、模式匹配分支
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- 用：OCaml 原生/字节码产物判别与字节码分析（ocamlrun 脚本头特征）
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- 不用：命令式语言产物（各归各技能：C++ → [[re-cpp-abi]]、Go → [[re-go]]、Rust → [[re-rust]]）
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- 不用：只需函数逻辑且控制流完整（函数式产物控制流打散，直接反编译收益低，见步骤 4）
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## 工具准备
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### readelf / llvm-nm（符号分析）
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- 安装与验证见 [[re-cpp-abi]] 工具准备
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### ghc 工具链（Haskell 侧，可选）
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- Linux/macOS: GHC 安装包（`apt install ghc` / `brew install ghc` / ghcup）；Windows: ghcup（`winget install ghcup` 或官网安装器）；验证: `ghc --version`
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- 用途: 同版本编译对照产物，验证 closure/info table 形态（GHC 版本差异大）
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### ocamlobjinfo / ocamlopt（OCaml 侧，可选）
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- Linux/macOS: OCaml 工具链（`apt install ocaml` / `brew install ocaml`）；Windows: opam（`winget install OCaml.opam`）或官网安装器；验证: `ocamlobjinfo` 处理任意 .cmx 输出 CRC 与导入表
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- 用途: 字节码产物/对象文件结构分析（ocamlobjinfo 可读 .cmo/.cmx/字节码可执行文件）
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### Ghidra / IDA（反编译底座）
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- 安装与验证见 [[re-ghidra]] / [[re-ida]]
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### file / xxd / Python struct（字节级核对）
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- 系统自带（`file`/`xxd`）；Python 3 自带 `struct`
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- 用途: 字节码产物判别（ocamlrun 脚本头）、closure 首字段/block 头字节验证（示例见 [[examples]]）
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## 操作步骤
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按顺序执行；逆向着重**数据流**而非控制流（函数式产物控制流被打散，见坑 4）。每步产物存档（路径 + sha256，见 [[re-triage]]）。
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1. **运行时识别**：
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```sh
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readelf -s sample | grep -iE 'ghc|stg_|RTS|HsMain|_closure|_info' | head # GHC 特征
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readelf -s sample | grep -iE 'caml_' | head # OCaml 特征
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file sample # 字节码产物判别（脚本头）
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```
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- GHC：`main`（C RTS 入口）+ RTS 运行时符号（`stg_*`/`hs_*`）+ 业务符号 `Main_main_closure`/`Main_main_info`（`模块_名字_closure/info` 形态）
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- OCaml 原生：`main` → `caml_main` → `caml_startup_common` → `caml_start_program` → `caml<模块>__entry`；`caml_startup`/`caml_startup_pooled` 是供 C 嵌入调用的等价入口（签名同为 void (char_os **argv)，区别在 pooling 标志与异常行为），勿误当主链；`caml_*` 运行时符号（caml_alloc/caml_apply2/3 等）
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- **字节码 vs 原生**：`caml_start_program` 仅存在于 native 运行库（4.14.2 libasmrun.a 实测），是 native 特征；字节码判据用 `caml_interprete`（仅 libcamlrun.a 有）；字节码产物判别用 `file`（`ocamlrun script executable`）/`xxd` 头（`#!...ocamlrun\n` 脚本头 + `T`/`C` 魔数 + 分节）
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- 入口链各版本一致：runtime/main.c 定义 `main` 并调用 `caml_main(argv)`（`caml_main` 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c；原生链 `main → caml_main → caml_startup_common → caml_start_program`，4.14.2 实测地址见 [[examples]]）；字节码运行库入口为 `caml_main → caml_startup_aux → caml_interprete`
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- 判别速查：GHC = `stg_*` 机械符号群 + `模块_名_closure/info` 对；OCaml 原生 = `caml_*` 群 + `caml<模块>__<名>_<id>`；OCaml 字节码 = `#!ocamlrun` 脚本头
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2. **闭包与堆对象**：
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- GHC：thunk（未求值闭包）与已求值值的堆对象布局——closure 首字段即 info table 指针（实测字节验证见 [[examples]]）；CAF 以 thunk 形式静态分配，首次引用才求值（惰性）；`Main_main_closure` 是 CAF，其 info 指向 thunk 求值代码
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- GHC 值形态：未求值（thunk，info 指向求值代码）vs 已求值 WHNF（info 指向构造器头/函数头）——同地址空间的两种状态，求值后 closure 内容被覆写
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- OCaml：block 头（tag + 大小，64 位下 header = (size<<10)|(color<<8)|tag）；tagged int 判定用值的最低位（bit 0，奇数=整数，偶数=指针/block）
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- 分析：字段与构造器是主要线索（数据流优先）
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3. **调用约定**：
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- GHC：参数经栈传递；返回值在寄存器 R1-R3（盒值在 R1）；entry 代码以 info table 为枢纽（`_info` 符号 = entry code）
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- OCaml：参数经寄存器（前 N 个）传递，闭包调用经 `caml_applyN`；原生代码调用闭包 = 寄存器装载 + `caml_apply2/3` 或直接跳 entry
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- 分析：先识别运行时包装（`caml_apply` / stg 入口）再进用户逻辑；尾调用优化使递归变跳转（无增长栈帧），按循环读
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- GHC 与 OCaml 共点：函数不是"被 call"，而是"跳到 entry"——反编译里的 `jmp` 目标地址即函数入口，别按 call/ret 配对思维读
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4. **分析策略（数据流优先）**：
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- 控制流打散：惰性求值导致求值顺序不可预测——静态控制流分析价值低
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- 数据流线索：闭包字段初始化点（构造器参数）、模式匹配分支（构造器标签分发）、字符串/常量引用
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- 产出：数据流图（构造器 → 字段 → 使用点）替代控制流图（与 [[re-analyze/analysis-contract]] 数据契约衔接）
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- 模式匹配还原：分支按构造器 tag 分发（OCaml）或 info 表指针比较（GHC）——tag/指针值 → 构造器序号；还原出构造器集合即还原出数据类型
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- 产出格式（供分析报告与下一环节消费）：
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```
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构造器 C1 (tag 0, 2 字段) ← 分配点 A (caml_alloc2 / info 表)
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字段0 ← 函数参数/常量（数据来源）
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字段1 ← 字符串池引用
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使用点: tag 比较 → 分支 B（业务逻辑）
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```
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5. **字节码产物（OCaml 特有）**：
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```sh
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head -c 64 sample | xxd # #!...ocamlrun 脚本头 + 魔数 T/C + 长度
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ocamlobjinfo sample # 直接解析字节码可执行文件（导入单位/CRC）
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```
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- 字节码 exe = 脚本头 + 魔数 `T` + 代码区 + 各分节数据；分节名（CODE/PRIM/DATA/SYMB/CRCS 等 4 字符）与大端长度表在文件尾部 TOC，文件以 `Caml1999X031` 收尾（结构见 [[layout]]，字节样例见 [[examples]]）
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- 字节码反汇编不是常规反编译（指令集为 OCaml bytecode 自定），分析入口用 ocamlobjinfo 的结构视图
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## 跨域联合
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- [[re-binary-core]] 网关：本技能归属（选择树「Haskell/OCaml 产物」分支）
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- [[re-analyze/analysis-contract]]：数据流图按数据契约传递
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- [[re-cpp-abi]]：vtable/info table 对照思路（表指针分派同构）
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## 常见坑与陷阱
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- **RTS 版本差异**：现象——closure 布局解读失败；原因——GHC/OCaml 版本演进；对策——按目标版本确认布局（本技能字段表基于 9.14/4.14 实测，见 [[layout]]）
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- **thunk 惰性求值误导**：现象——未求值闭包被当已求值数据；原因——惰性求值；对策——区分 thunk 头（info 指向求值代码）与已求值值（info 指向 WHNF 头）；CAF 首引用前都是 thunk
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- **OCaml 字节码非 native**：现象——反编译全是运行时包装；原因——字节码产物；对策——识别 ocamlrun 脚本头/字节码段特征后按字节码结构分析（非常规反编译；`caml_start_program` 仅 native 运行库有，是 native 特征；字节码判据用 `caml_interprete`）
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- **控制流打散导致静态分析失效**：现象——函数体无连续逻辑；原因——函数式编译产物；对策——转数据流分析（步骤 4），不硬追控制流
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- **tagged int 误读**：现象——整数被当指针/指针被当整数；原因——OCaml 值标记位；对策——按最低位区分（1=整数，0=指针），访问前先解标记（int >> 1 取真值）
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- **GHC 模块名带 z 编码**：现象——符号 `GHCziInternalziTopHandler_runMainIO1_info` 难读；原因——`z`+小写转义特殊字符（GHC mangling：`zi`=`.` `zu`=下划线 `zz`=z `zc`=: `zh`=# 等）；对策——按转义规则手工还原模块名（`GHCziInternal` → `GHC.Internal`），还原后与源码模块结构对应
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- **info table 与 entry code 是同一指针的两个视图**：现象——info 指针处反汇编出的是字段表数据而非代码；原因——info table 指针指向 entry code，表字段在 entry code 之前；对策——反汇编从 info 指针处开始（即 entry），字段表按负偏移读
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- **尾调用优化把递归变跳转**：现象——按 call 树分析递归逻辑断裂；原因——函数式编译器的尾调用优化（TCO）；对策——`jmp` 回函数自身地址 = 递归，按循环语义读，别找增长栈帧
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- **惰性求值顺序不可预测**：现象——按源码顺序单步动态分析对不上；原因——thunk 首次引用才求值，求值触发点在"需要值的地方"而非"产生值的地方"；对策——动态分析聚焦数据依赖（哪个闭包被强制求值），静态聚焦字段初始化点，别假设执行顺序
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- **跨运行时误判（GHC 机械符号当业务代码）**：现象——`stg_ap_*`/`stg_upd_frame_info` 等被当成业务逻辑分析；原因——STG 机械符号是求值机制；对策——先按 `stg_`/`hs_` 前缀把 RTS 机械符号排除，业务代码集中在 `模块_名_info` 与调用 `caml_applyN`/`caml_alloc*` 的片段
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@@ -0,0 +1,146 @@
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# 函数式运行时最小解析示例
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示例以本机 GHC 9.14.1（ghcup）与 OCaml 4.14.2（opam）编译的真实产物为标本，readelf/nm/xxd 输出与字节验证可逐字段对照。布局规则见 [[layout]]。
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## 0. 标本构建
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```haskell
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-- hello.hs
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main :: IO ()
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main = putStrLn "hi from ghc"
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```
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```ocaml
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(* hello.ml *)
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let add x y = x + y
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let () = print_endline (string_of_int (add 40 2))
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```
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```sh
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ghc -O1 hello.hs -o hello_ghc
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ocamlopt -o hello_ocaml hello.ml # 原生
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ocamlc -o hello_bc hello.ml # 字节码
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```
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## 1. GHC 符号对照（readelf/nm 实测）
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```
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$ nm hello_ghc | grep -E 'Main_main|newCAF|hs_init'
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0000000000407c12 T main ← C RTS 入口
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00000000004da4f0 D Main_main_closure ← 顶层 main 的 closure（CAF，数据段）
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0000000000407bc8 T Main_main_info ← entry code
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00000000004da500 D Main_main4_closure
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0000000000407be8 T Main_main4_info
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0000000000494190 T newCAF ← CAF 分配（RTS）
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000000000047f780 T hs_init_ghc ← RTS 初始化
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$ nm hello_ghc | grep -c stg_ # RTS STG 机械符号（实测 334 个）
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334
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$ nm hello_ghc | grep -E 'stg_upd_frame_info|stg_enter_info'
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000000000049bba0 T stg_upd_frame_info ← 更新帧（thunk 求值写回）
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00000000004980e0 T stg_enter_info ← 进入求值
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```
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对照要点：`模块_名字_closure`（数据）+ `模块_名字_info`（代码）成对；`newCAF`/`hs_init_ghc` 是 RTS 锚点；`stg_*` 机械符号数量级（数百个）是 GHC 特征。
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## 2. GHC closure 字节验证（首字段 = info 指针）
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```python
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import struct
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# hello_ghc 非 PIE 时 vaddr == file offset；PIE 需先按 PT_LOAD 换算（见 re-format-elf 思路）
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d = open('hello_ghc', 'rb').read()
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# 用 readelf 的节映射换算 0x4da4f0 的文件偏移（此处示意：已换算）
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off = 0x4da4f0 # Main_main_closure vaddr
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v = struct.unpack_from('<Q', d, off)[0]
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print(hex(v)) # 0x407bc8 == Main_main_info 地址
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# 前 16 字节: info 指针 + 8 字节字段（CAF 载荷）
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print(d[off:off+16].hex())
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# c87b400000000000 0000000000000000
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# └─ info 指针(0x407bc8)┘ └─ 载荷区(CAF 空载荷)┘
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# 反汇编 entry code（0x407be8 = Main_main4_info）：加载 closure 跳转 runMainIO
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# leaq 0xd28da(%rip), %r14 ; 装载 Main_main1_closure（thunk）
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# jmp GHCziInternalziTopHandler_runMainIO1_info ; 求值链（z 编码: GHC.Internal）
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```
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对照要点：closure 头部 8 字节 = info 指针（分派点）；entry code 从 info 指针处开始；`GHCziInternal` = `GHC.Internal`（z 编码）。
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## 3. OCaml 原生符号对照（nm 实测）
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```
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$ nm hello_ocaml | grep -E 'camlHello__|caml_apply|caml_start|caml_alloc'
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0000000000022a00 T caml_apply3 ← 闭包调用分派（3 参数）
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0000000000022a50 T caml_apply2 ← 闭包调用分派（2 参数）
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0000000000022ac0 T camlHello__add_267 ← 模块级函数：caml<模块>__<名>_<id>
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00000000000239d0 T camlCamlinternalAtomic__entry ← 各模块 entry
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0000000000025ec0 T caml_startup_common ← 入口链：caml_main → caml_startup_common
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0000000000026150 T caml_startup ← 等价 C API 入口（caml_startup(argv)）
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0000000000026180 T caml_main ← 入口链：main → caml_main（4.14.2 实测）
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000000000004a990 T caml_start_program ← 仅 native 运行库（libasmrun.a），是 native 特征
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000000000004df68 D camlHello ← 模块全局数据
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$ nm hello_ocaml | grep -wE 'main|_start'
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00000000000261f0 T main ← C 入口（call caml_main）
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0000000000022540 T _start
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```
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对照要点：`caml_applyN` 是闭包部分应用分派（参数个数驱动）；`caml_main` 存在于 4.14.2（0x26180，反汇编见 `main → call caml_main` → `caml_startup_common`），runtime/main.c 定义 `main` 并调用 `caml_main`（`caml_main` 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c）；模块 entry 符号 `caml<模块>__entry`。
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## 4. OCaml 字节码产物判别（file + xxd 实测）
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```
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$ file hello_bc
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hello_bc: a /home/user/.opam/default/bin/ocamlrun script executable (binary data)
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↑ file 直接识别脚本头（示例路径为脱敏占位）
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$ xxd -l 64 hello_bc
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00000000: 2321 2f68 6f6d 652f 7573 6572 2f2e 6f70 #!/home/user/.op
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||||
00000010: 616d 2f64 6566 6175 6c74 2f62 696e 2f6f am/default/bin/o
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||||
00000020: 6361 6d6c 7275 6e0a 5400 0000 df02 0000 camlrun.T.......
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||||
00000030: 0000 0000 5700 0000 0100 0f00 1000 0000 ....W...........
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└ 脚本头 "#!...ocamlrun\n"（脱敏占位路径）┘ └魔数 T┘ └代码区（分节表在尾部 TOC）┘
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$ ocamlobjinfo hello_bc | head -8 # 结构视图（导入单位/CRC）
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File hello_bc
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Imported units:
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-------------------------------- Stdlib__Weak
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-------------------------------- Stdlib__Unit
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...
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```
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对照要点：字节码 exe 头 = `#!<ocamlrun 路径>\n` + 魔数 `T` + 代码区；分节（CODE/PRIM/DATA/SYMB/CRCS 等）与长度表在文件尾部 TOC（大端，以 `Caml1999X031` 收尾）；`ocamlobjinfo` 可直接解析字节码可执行文件。示例路径为脱敏占位（本机实路径含用户名）。
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## 5. OCaml 对象文件（.cmx）结构（ocamlobjinfo 实测）
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```
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$ ocamlobjinfo hello.cmx
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File hello.cmx
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Name: Hello
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CRC of implementation: 63b3383284e2773bc5d450ad0fa510d5
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Globals defined: Hello
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Interfaces imported: Stdlib / CamlinternalFormatBasics ...
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Clambda approximation:
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(0: function camlHello__add_267 arity 2 (closed) (inline) -> ...)
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```
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对照要点：`.cmx` 携带 CLambda 近似（函数名/元数/是否内联）——元数信息可直接用于调用点参数布局判断。
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## 6. tagged int 与 block 头速查（反汇编判读用）
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```
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整数 42 → 内存值 0x55（42<<1|1），最低位=1
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指向 block 的指针 → 最低位=0（8 字节对齐）
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block 头(3 字段,tag 0) → (3<<10)|(0<<8)|0 = 0xC00
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```
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## 实现教训（内化）
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- 一切从符号锚点出发：GHC `模块_名_closure/info` 对、OCaml `caml<模块>__<名>_<id>`
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- closure 首字段 = info 指针是分派核心；模式匹配/闭包调用都经它跳转
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- 字节码判别用 `file`/头字节；`caml_start_program` 仅 native 运行库有，是 native 特征，字节码判据用 `caml_interprete`
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## 使用注意
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- 本机 9.14.1 / 4.14.2 实测；用户产物以自身版本为准（入口符号/魔数随版本变，见 [[layout]] 版本差异）
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||||
- 与 [[re-analyze/analysis-contract]]（数据流图传递）、[[re-triage]]（初勘兜底）配合使用
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@@ -0,0 +1,106 @@
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# 函数式运行时布局：GHC 堆对象 / OCaml 值表示 / 调用约定
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Haskell（GHC）与 OCaml 的产物共性：堆对象头部携带"分派指针"（GHC info table / OCaml block 头），函数调用经闭包间接跳转。本文件字段基于 GHC 9.14.1 与 OCaml 4.14.2 实测，版本差异单独标注。
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## GHC 堆对象（closure）
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### closure 布局（实测）
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```
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closure:
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+0 info table 指针（StgInfoTable 的 entry code 地址）← 分派点
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+8 字段 0（构造器参数/捕获变量/求值结果）
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+16 字段 1 ...
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```
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- **closure 首字段 = info 指针**（实测：`Main_main_closure` 内容 = `Main_main_info` 地址，字节验证见 [[examples]]）
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- 分派：调用/求值 = 读 info 指针 → 跳到 entry code；entry code 末尾通常 `jmp` 到后续处理（更新帧/返回）
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### info table 与 entry code
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- `_info` 符号 = entry code 地址；info table 字段（layout/type/srt）在 entry code 之前的负偏移区
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- 符号形态：`<模块>_<名字>_closure`（数据）+ `<模块>_<名字>_info`（代码）；模块名 z 编码（`zi`=`.` 等）
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- 求值链：thunk 的 entry code 求值后写回 closure 并跳更新帧（`stg_upd_frame_info` 相关）——`stg_upd_frame_info`/`stg_enter_info` 出现处 = 惰性求值机制
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### CAF（常量应用形式）
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- 顶层常量/无参函数以 CAF 形式静态分配（.data 区），首次引用才求值（thunk）
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- 定位：`newCAF` 调用点（RTS 符号）；`Main_main_closure` 即典型 CAF
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### GHC 调用约定
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| 项 | 规则 |
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|---|---|
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| 参数 | 经栈传递（STG 栈，非硬件栈） |
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| 返回值 | R1-R3 寄存器（盒值在 R1） |
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| 分派 | 经 info 指针（闭包调用 = 读 info → 跳 entry） |
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| 求值触发 | thunk entry → 求值 → 更新 closure（WHNF） |
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## OCaml 值表示
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### tagged int 与 block（64 位，原生代码）
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| 值 | 表示 | 判定 |
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|---|---|---|
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| 整数 | `value = 真值 << 1 \| 1` | 最低位=1（奇数） |
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| block 指针 | 指向 header 的 8 字节对齐指针 | 最低位=0（偶数） |
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| 未装箱 double | 特殊 tag（250）block 或寄存器 | — |
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### block 头（header，64 位）
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```
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header = (size << 10) | (color << 8) | tag
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size: 字段数（字） color: GC 三色 tag: 构造器标签
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```
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- tag 语义：0-246 构造器标签（模式匹配按 tag 分发）；247-255 特殊（250=double，248=string 等）
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- 双字段加速：`caml_alloc2/alloc3` 一次分配多字段 block（`caml_alloc` 单字段通用）
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### 闭包（函数值）
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- 闭包 = 带 tag 的 block，字段 = 环境（捕获变量）+ 代码指针（首字段）
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- 调用：装载参数到寄存器 → `caml_apply2`/`caml_apply3`（按参数个数分派）或直接跳闭包代码
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- 运行时函数符号：`caml_apply1..N`（部分应用）、`caml_alloc*`（分配）、`caml_main`/`caml_startup_common`/`caml_startup`/`caml_start_program`（入口链）
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### OCaml 入口链（原生，实测 4.14.2）
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```
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main (C 入口，runtime/main.c)
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└─ caml_main(argv) ← runtime/main.c 定义 main 并调用 caml_main（caml_main 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c）
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└─ caml_startup_common
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└─ caml_start_program ← 仅 native 运行库（4.14.2 libasmrun.a 实测）；字节码入口 caml_main → caml_startup_aux → caml_interprete（无此符号）
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└─ caml<模块>__entry（各模块初始化，含全局数据分配）
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└─ 业务入口（camlHello__entry）
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```
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- 主链是 `caml_main`；`caml_startup`/`caml_startup_pooled` 是供 C 嵌入方调用的等价入口（签名同为 void (char_os **argv)，区别在 pooling 标志与异常行为），勿混淆。4.14.2 实测地址：caml_main=0x26180、caml_startup_common=0x25ec0、caml_startup=0x26150、caml_start_program=0x4a990（反汇编见 [[examples]]）
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- 模块级函数命名：`caml<模块>__<名字>_<数字id>`（如 `camlHello__add_267`）
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### OCaml 字节码产物结构
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```
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可执行文件:
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#!<ocamlrun 路径>\n 脚本头（file 报 "ocamlrun script executable"）
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T 前导魔数（4.x 实测）
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代码区（无长度字段，长度见尾部 TOC）
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各分节数据 + 尾部 TOC: 分节名(4 字符)+大端长度逐条列出，末为分节数与 "Caml1999X031"
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分节: CODE 代码 / PRIM 原语表 / DATA 数据 / SYMB 全局符号 / CRCS CRC 串 / DLLS 动态库
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```
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- 判别：`file sample` 输出 `ocamlrun script executable`；`head -c 32 | xxd` 见 `#!` 头
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- 结构分析：`ocamlobjinfo sample`（.cmo/.cmx/字节码 exe 均可，输出导入单位/CRC/CLambda 近似）
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## 版本差异要点
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| 项 | 老版本 | 实测版本（本文档） |
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|---|---|---|
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| OCaml 入口 | `main → caml_main → caml_startup_common → caml_start_program`（各版本一致；runtime/main.c 定义 `main` 并调用 `caml_main`，`caml_main` 定义于 startup_byt.c/startup_nat.c） | 同左（4.14.2 实测，地址见 [[examples]]） |
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| 字节码魔数 | 魔法串在文件尾 TOC（`Caml1999X`+版本号，exec.h 定义） | 前导 `T` + 尾部 `Caml1999X031`（4.14 实测） |
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| GHC 版本 | RTS 符号命名随版本微调 | 9.14.1（stg_ap_*/stg_upd_frame_info 稳定） |
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- 跨版本稳定的锚点：OCaml tagged int 最低位规则、block 头 tag 低字节、GHC closure 首字段 info 指针
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## 使用注意
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- 静态分析无需沙箱；跨平台（Linux/Windows/macOS）产物结构一致（C 运行时移植）
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- 与 [[re-analyze/analysis-contract]]（数据流图传递）、[[re-cpp-abi]]（表指针分派对照）配合使用
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Reference in New Issue
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