在c++中使用HOOK修改sleep函数

本篇文章将以sleep函数为例子介绍如何在c++中使用hook修改系统函数

HOOK是什么

Hook（钩子）是一种编程机制，它允许开发者在程序执行的特定点插入自定义代码，从而拦截、处理或修改原有的函数调用、消息传递或系统事件。

通俗地说，Hook就像是给程序安装了一个"监听器"或"拦截器"。当目标函数被调用时，控制权会先转移到你的Hook代码，你可以在执行原有操作之前或之后插入自定义逻辑，甚至完全替换原有行为。例如游戏外挂通过hook来对游戏运行时用到的函数或其他API进行修改来实现外挂的功能。同时，hook也常与协程搭配使用，修改系统函数来为类似sleep等阻塞线程的函数添加协程的功能。

如何使用hook来修改sleep函数

下面的代码是最简单的hook的实现

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>

extern "C" unsigned int sleep(unsigned int seconds)
{
    std::cout << "我们成功修改了系统提供的sleep函数!" << std::endl;
    return 0;
}

void test1()
{
    std::cout << "使用sleep函数睡2s"<< std::endl;
    sleep(2);
    std::cout << "sleep函数睡完了"<< std::endl;
}

调用函数test1(),程序运行结果如下:

shell 复制代码

使用sleep函数睡2s
我们成功修改了系统提供的sleep函数!
sleep函数睡完了

在上面的代码中，我们仅做了两件事

实现一个sleep函数，与unistd.h中的sleep函数签名一致
使用extern "C"告诉C++编译器"按C语言的方式处理这个函数"

定义一个相同签名的sleep为什么链接过程中不会产生重定义问题呢？在链接器链接过程中，函数符号有类似强弱符号之分，在动态库中的函数会被新目标文件的函数替换，因此此处程序运行时会运行我们重新写的sleep函数而不是unistd.h内的。

至于加extern "C"的作用,在c++编译过程中，为了区分不同的重载函数，编译器会给同名函数加入随即字符进行区分，我们的目的是重写sleep函数，因此要确保函数名与unistd.h中相同，通过加入extern "C"来做到这一点

对上述代码的改进

上述代码存在很大的缺陷，最主要的是它失去了sleep函数最基本的功能。通常我们利用hook修改函数时，我们需要维持其原有功能。我们不可能真的去实现一个完整的sleep，但我们可以获得原sleep的函数指针

在不同的平台有不同的获取库函数指针的方法，下面时在linux平台来获取sleep函数指针的例子:

获取sleep函数指针

linux为获取库函数指针提供了特定的函数dlsym，定义在<dlfcn.h>中。其函数签名为:

cpp 复制代码

void *dlsym(void *restrict handle, const char *restrict symbol);

dlsym返回值是函数指针，其第一个参数是指定查找的库，第二个参数传入函数名称。

在hook场景中，handle参数常取RTLD_NEXT，表示跳过当前库查找其他库。也就是说，当symbol传入"sleep"时，dlsym跳过当前库我们定义的sleep，找到了unistd.h定义的sleep函数,并返回其函数指针。

代码改进

有了上边提供的函数，我们可以保存原有sleep函数并给他加点"小料"，代码如下:

cpp 复制代码

#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <dlfcn.h>
using sleep_fun_type = unsigned int (*)(unsigned int seconds);

sleep_fun_type original_sleep = NULL;

extern "C" unsigned int sleep(unsigned int seconds)
{
    std::cout << "我们成功修改了系统提供的sleep函数!" << std::endl;
    return original_sleep(seconds);                             // <-----这里调用我们保存下来的原始的sleep
}

void test1()
{
    original_sleep = (sleep_fun_type)dlsym(RTLD_NEXT, "sleep"); // <-----这里获得了unistd中的sleep

    std::cout << "使用sleep函数睡2s"<< std::endl;
    sleep(2);                                                   // <-----这里调用我们自己写的sleep
    std::cout << "sleep函数睡完了"<< std::endl;
}

代码相较于开始，只做了一点改进，即保存原始sleep函数，并在我们自己定义的sleep函数中调用保存的原始sleep函数。

需注意的是，编译时应加上-ldl选项链接动态库

总结

上述代码仍有许多不完善的地方，实际过程中要检查dlsym返回值是否为NULL等问题，同时代码对初始化并不规范，可以使用下面的初始化方法(gcc编译器),也可以使用其他更兼容的方法进行初始化。

cpp 复制代码

__attribute__((constructor)) void init_hook()       // gcc编译器提供，main函数运行前，库和内存初始化完成后运行
{
    // 在main函数执行前先初始化---original_sleep。
    original_sleep = (SleepFunc)dlsym(RTLD_NEXT,"sleep");
}

最后，需要注意的是，如果采用上述方法重新定义sleep，会使所有库运行的sleep函数都改变成我们自己定义的sleep，如果返回值与原sleep存在差异，可能导致一些其他的隐含问题。