Smali基础知识

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Smali是什么？

简介

Smali是用于Dalvik（Android虚拟机）的反汇编程序实现，汇编工具（将Smali代码汇编为dex文件）为smali.jar，与之对应的baksmali.jar则是反汇编程序（下载地址），官方所说的基于Jasmin/dedexer语法，实际根不知道是什么鬼……

Smali支持注解、调试信息、行数信息等基本Java的基本特性，可以说是很接近Java编译在JVM上的中间语言了，一般用来做Android程序的逆向工程，还可以。。搞搞小名堂

个人认为Smali只是用于做反汇编的一种语言实现，如果可以，自己也能定义一套这样的语言，实现反汇编的效果

Smali基础

下面的内容涉及一些Smali编程的结构和基本语法，这些基本语法，在使用Smali修改App逻辑时需要用到

Smali文件结构

一个Smali文件对应的是一个Java的类，更准确的说是一个.class文件，如果有内部类，需要写成ClassName$InnerClassA、ClassName$InnerClassB…这样的形式

基本类型

类型关键字 对应Java中的类型说明
V void，只能用于返回类型
Z boolean
B byte
S short
C char
I int
J long (64 bits)
F float
D double (64 bits)

对象

Object类型，即引用类型的对象，在引用时，使用L开头，后面紧接着的是完整的包名，比如：java.lang.String对应的Smali语法则是Ljava/lang/String

数组

数组定义比较有意思，一维数组在类型的左边加一个方括号，比如：[I等同于Java的int[]，每多一维就加一个方括号，最多可以设置255维。。。

方法声明及调用

官方Wiki中给出的Smali引用方法的模板如下：

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Lpackage/name/ObjectName;->MethodName(III)Z

第一部分Lpackage/name/ObjectName;用于声明具体的类型，以便JVM寻找

第二部分MethodName(III)Z，其中MethodName为具体的方法名，()中的字符，表示了参数数量和类型，即3个int型参数，Z为返回值的类型，即返回Boolean类型

由于方法的参数列表没有使用逗号这样的分隔符进行划分，所以只能从左到右，根据类型定义来区分参数个数，这一点需要比较仔细来观察

如果需要调用构造方法，则MethodName为：<init>

寄存器声明及使用

在Smali中，如果需要存储变量，必须先声明足够数量的寄存器，1个寄存器可以存储32位长度的类型，比如Int，而两个寄存器可以存储64位长度类型的数据，比如Long或Double

声明可使用的寄存器数量的方式为：.registers N，N代表需要的寄存器的总个数，同时，还有一个关键字.locals，它用于声明非参数的寄存器个数（包含在registers声明的个数当中），也叫做本地寄存器，只在一个方法内有效，但不常用，一般使用registers即可

示例：

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.method private test(I)V
    .registers 4  # 声明总共需要使用4个寄存器

    const-string v0, "LOG"  # 将v0寄存器赋值为字符串常量"LOG"

    move v1, p1  # 将int型参数的值赋给v1寄存器

    return-void
.end method

结合Dalvik常用的指令进行操作，即可实现一些需要的功能

那么，如何确定需要使用的寄存器的个数？

由于非static方法，需要占用一个寄存器以保存this指针，那么这类方法的寄存器个数，最低就为1，如果还需要处理传入的参数，则需要再次叠加，此时还需要考虑Double和Float这种需要占用两个寄存器的参数类型，举例来看：

如果一个Java方法声明如下：

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myMethod(int p1, float p2, boolean p3)

那么对应的Smali则为：

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method LMyObject;->myMethod(IJZ)V

此时，寄存器的对应情况如下：

寄存器名称 对应的引用
p0 this
p1 int型的p1参数
p2, p3 float型的p2参数
p4 boolean型的p3参数

那么最少需要的寄存器个数则为：5

如果方法体内含有常量、变量等定义，则需要根据情况增加寄存器个数，数量只要满足需求，保证需要获取的值不被后面的赋值冲掉即可，方法有：存入类中的字段中（存入后，寄存器可被重新赋值），或者长期占用一个寄存器

Dalvik指令集

如果需要使用Smali编写程序，还需要掌握常用的Dalvik虚拟机指令，其合集称为Dalvik指令集。这些指令有点类似x86汇编的指令，但指令更多，使用也非常简单方便。最详尽的介绍，可以参考Android官方的Dalvik相关文档：https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode#instructions

一般的指令格式为：[op]-[type](可选)/[位宽，默认4位] [目标寄存器],[源寄存器](可选)，比如：move v1,v2，move-wide/from16 v1,v2

这里也列举一些常用的指令，并结合Smali进行说明：

  • 移位操作：

此类操作常用于赋值

指令 说明
move v1,v2 将v2中的值移入到v1寄存器中（4位，支持int型）
move/from16 v1,v2 将16位的v2寄存器中的值移入到8位的v1寄存器中
move/16 v1,v2 将16位的v2寄存器中的值移入到16位的v1寄存器中
move-wide v1,v2 将寄存器对（一组，用于支持双字型）v2中的值移入到v1寄存器对中（4位，猜测支持float、double型）
move-wide/from16 v1,v2 将16位的v2寄存器对（一组）中的值移入到8位的v1寄存器中
move-wide/16 v1,v2 将16位的v2寄存器对（一组）中的值移入到16位的v1寄存器中
move-object v1,v2 将v2中的对象指针移入到v1寄存器中
move-object/from16 v1,v2 将16位的v2寄存器中的对象指针移入到v1（8位）寄存器中
move-object/16 v1,v2 将16位的v2寄存器中的对象指针移入到v1（16位）寄存器中
move-result v1 将这个指令的上一条指令计算结果，移入到v1寄存器中（需要配合invoke-static、invoke-virtual等指令使用）
move-result-object v1 将上条计算结果的对象指针移入v1寄存器
move-result-wide v1 将上条计算结果（双字）的对象指针移入v1寄存器
move-exception v1 将异常移入v1寄存器，用于捕获try-catch语句中的异常
  • 返回操作：

用于返回值，对应Java中的return语句

指令 说明
return-void 返回void，即直接返回
return v1 返回v1寄存器中的值
return-object v1 返回v1寄存器中的对象指针
return-wide v1 返回双字型结果给v1寄存器
  • 常量操作：

用于声明常量，比如字符串常量（仅声明，String a = “abc”这种语句包含声明和赋值）

指令 说明
const(/4、/16、/hight16) v1 xxx 将常量xxx赋值给v1寄存器，/后的类型，需要根据xxx的长度选择
const-wide(/16、/32、/hight16) v1 xxx 将双字型常量xxx赋值给v1寄存器，/后的类型，需要根据xxx的长度选择
const-string(/jumbo) v1 “aaa” 将字符串常量”aaa”赋给v1寄存器，过长时需要加上jumbo
const-class v1 La/b/TargetClass 将Class常量a.b.TargetClass赋值给v1，等价于a.b.TargetClass.class
  • 调用操作：

用于调用方法，基本格式：invoke-kind {vC, vD, vE, vF, vG}, meth@BBBB，其中，BBBB代表方法引用（参见上面介绍的方法定义及调用），vC~G为需要的参数，根据顺序一一对应

指令 说明
invoke-virtual 用于调用一般的，非private、非static、非final、非构造函数的方法，它的第一个参数往往会传p0，也就是this指针
invoke-super 用于调用父类中的方法，其他和invoke-virtual保持一致
invoke-direct 用于调用private修饰的方法，或者构造方法
invoke-static 用于调用静态方法，比如一些工具类
invoke-interface 用于调用interface中的方法
  • 判断操作：

判断操作用来比较一个寄存器中的值，是否与目标寄存器中的值相等或不等，对应Java中的if语句，格式为：if-[test] v1,v2, [condition]，其衍生操作还有专门与0进行比较的if-[test]z v1, [condition]，其中[condition]为符合判断结果后的跳转条件，需要提前定义好。判断操作也通常和goto配合使用，用来实现循环或者if-else语句

指令 说明
if-eq v1,v2 判断两个寄存器中的值是否相等
if-ne v1,v2 判断两个寄存器中的值是否不相等
if-lt v1,v2 判断v1寄存器中的值是否小于v2寄存器中的值（lt == less than）
if-ge v1,v2 判断v1寄存器中的值是否大于或等于v2寄存器中的值（ge == great than or equals）
if-gt v1,v2 判断v1寄存器中的值是否大于v2寄存器中的值（gt == great than）
if-le v1,v2 判断v1寄存器中的值是否小于或等于v2寄存器中的值（le == less than or equals）

需要注意的是，在Java中编写的if语句，往往在对应的Smali中，会变成相反的判断逻辑，如下面所示：

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private void test() {
    int a = 0;
    int b = 1;
    String result;
    if (a > b) {
        result = "a great than b";
    } else {
        result = "a less than or equals b";
    }
}

上面的Java代码逻辑很简单——一个很简单的if语句，为了在Smali中看的更清楚，我只做了字符串赋值操作。下面是对应的Smali代码：

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.method private test()V
    .registers 4

    .line 24
    const/4 v0, 0x0

    .line 25
    .local v0, "a":I
    const/4 v1, 0x1

    .line 27
    .local v1, "b":I
    if-le v0, v1, :cond_7

    .line 28
    const-string v2, "a great than b"

    .line 28
    .local v2, "result":Ljava/lang/String;
    goto :goto_9

    .line 30
    .end local v2    # "result":Ljava/lang/String;
    :cond_7
    const-string v2, "a less than or equals b"

    .line 32
    .restart local v2    # "result":Ljava/lang/String;
    :goto_9
    return-void
.end method

仔细观察可以发现：

if判断

  • 属性操作：

属性操作的分为：取值（get）和赋值（put）

目标类型分为：数组（array）、实例（instance）和静态（static）三种，对应的缩写前缀就是a、i、s

长度类型分为：默认（什么都不写）、wide（宽，64位）、object（对象）、boolean、byte、char、short（后面几种就不解释了，和Java一致）

指令格式：[指令名] [源寄存器], [目标字段所在对象寄存器], [字段指针]，示例代码如下，操作是为int型的类成员变量mIntA赋值为100：

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const/16 v0, 0x64

iput v0, p0, Lcom/coderyuan/smali/MainActivity;->mIntA:I

下面列出用于实例字段的指令，其中i都可以换成a或者s，分别用于操作数组字段或者静态字段

指令 说明
iget 取值，用于操作int这种的值类型
iget-wide 取值，用于操作wide型字段
iget-object 取值，用于操作对象引用
iget-boolean 取值，用于操作布尔类型
iget-byte 取值，用于操作字节类型
iget-char 取值，用于操作字符类型
iget-short 取值，用于操作short类型
iput 赋值，用于操作int这种的值类型
iput-wide 赋值，用于操作wide型字段
iput-object 赋值，用于操作对象引用
iput-boolean 赋值，用于操作布尔类型
iput-byte 赋值，用于操作字节类型
iput-char 赋值，用于操作字符类型
iput-short 赋值，用于操作short类型

举例：

以下Java代码是进行的是最基本的类成员变量的赋值、取值操作

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private String mStringA;
private int mIntA;
private Activity mActivityA;

public void fieldTest() {
    mStringA = "Put String to mStringA";
    mIntA = 100;
    mActivityA = this;

    int len = mStringA.length();
}

对应的Smali代码如下：

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# instance fields
.field private mActivityA:Landroid/app/Activity;

.field private mIntA:I

.field private mStringA:Ljava/lang/String;

# virtual methods
.method public fieldTest()V
    .registers 2

    .line 55
    const-string v0, "Put String to mStringA"

    iput-object v0, p0, Lcom/coderyuan/smali/MainActivity;->mStringA:Ljava/lang/String;

    .line 56
    const/16 v0, 0x64

    iput v0, p0, Lcom/coderyuan/smali/MainActivity;->mIntA:I

    .line 57
    iput-object p0, p0, Lcom/coderyuan/smali/MainActivity;->mActivityA:Landroid/app/Activity;

    .line 59
    iget-object v0, p0, Lcom/coderyuan/smali/MainActivity;->mStringA:Ljava/lang/String;

    invoke-virtual {v0}, Ljava/lang/String;->length()I

    move-result v0

    .line 60
    .local v0, "len":I
    return-void
.end method

根据Java和Smali代码的对比，值得注意的是，Smali获取类成员变量的方法，比较接近函数调用，只不过没有函数调用时的参数

  • 其他指令：

除以上介绍的几种基本的Dalvik指令外，Dalvik还支持值类型转换（如：int转float，double转float等）、基本运算（数学运算、逻辑运算、自增）两种指令集，这里只列举一些常用的指令，其他的可以参考上面提到的Google官方文档

指令 说明
add-int/lit8 v1, v2, 0x1 给v2寄存器+1，并存入v1寄存器（注意：lit8是对要加的常量的长度限制，如果不写，则为4位，还可选择lit16，即16位）
add-int/2addr v1, v2 将v1、v2寄存器中的值相加，并赋值给v1寄存器
float-to-int v1, v2 将v2寄存器中的float类型值转换为int类型，并赋值给v1寄存器

Smali能干什么？

虽然我们了解了Smali的基本语法，但一般不会直接编写Smali来进行功能开发，这样成本过高，而了解Smali的目的，是为了做Android的逆向工程，如：分析APP的原理、漏洞检测，当然，也可以对一些APP做一些小改动（最好不要做一些伤天害理、违法乱纪、损人不利己的事），具体如何进行逆向，我将在下一篇Smali相关的文章中进一步介绍！