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靜態(tài)派發(fā)

值類型對(duì)象的函數(shù)的調(diào)用方式是靜態(tài)調(diào)用，即直接地址調(diào)用，調(diào)用函數(shù)指針，這個(gè)函數(shù)指針在編譯、鏈接完成之后就已經(jīng)確定了，存放在代碼段，而結(jié)構(gòu)體內(nèi)部并不存放方法。因此可以通過地址直接調(diào)用

結(jié)構(gòu)體函數(shù)符號(hào)調(diào)試如下：

靜態(tài)派發(fā)

打開Mach-O可執(zhí)行文件，其中的 __text段，就是所謂的代碼段，需要執(zhí)行的匯編指令都在這里

Mach-O文件

對(duì)于上面的分析，有個(gè)疑問：直接地址調(diào)用后面是符號(hào)，這個(gè)符號(hào)是怎么來(lái)的？

符號(hào)

是從Mach-O文件的 符號(hào)表 Symbol Table，但是符號(hào)表中并不存儲(chǔ)字符串，字符串存儲(chǔ)在 字符串表 String Table（存放所有的變量名和函數(shù)名，以字符串形式存儲(chǔ)），然后根據(jù)符號(hào)表中的偏移值到字符串表中查找對(duì)應(yīng)的字符，然后進(jìn)行命名重整

image

Symbol Table: 存儲(chǔ)符號(hào)位于字符串表的位置
Dynamic Symbol Table: 動(dòng)態(tài)庫(kù)函數(shù)位于符號(hào)表的偏移位置

還可以通過終端命令nm，獲取項(xiàng)目中的符號(hào)表

查看符號(hào)表：nm mach-o文件路徑
通過命令還原符號(hào)名稱：xcrun swift-demangle 符號(hào)
將Edit Scheme 中的 Debug改成 Release，編譯后查看，在可執(zhí)行文件目錄下，多了一個(gè)后綴為 dSYM的文件，此時(shí)，再去 Mach-o文件中查找 teach符號(hào)，發(fā)現(xiàn)是找不到的。其主要原因是因?yàn)?code>靜態(tài)鏈接的函數(shù)，實(shí)際上是不需要符號(hào)的，一旦編譯完成，其地址確定后，當(dāng)前的符號(hào)表就會(huì)刪除當(dāng)前函數(shù)對(duì)應(yīng)的符號(hào)，在release環(huán)境下，符號(hào)表中存儲(chǔ)的只是不能確定地址的符號(hào)
對(duì)于不能確定地址的符號(hào)，是在運(yùn)行時(shí)確定的，即函數(shù)第一次調(diào)用時(shí)（相當(dāng)于懶加載），例如 print，是通過 dyld_stub_bind確定地址的

函數(shù)符號(hào)命名規(guī)則

對(duì)于C函數(shù)來(lái)說(shuō)，命名的重整規(guī)則就是在函數(shù)名之前加 _（注意：C中不允許函數(shù)重載，因?yàn)闆]有辦法區(qū)分）

#include <stdio.h>
void test(){}

image

對(duì)于OC來(lái)說(shuō)，也不支持函數(shù)重載，其符號(hào)命名規(guī)則是-[類名函數(shù)名]
對(duì)于Swift來(lái)說(shuō)，是允許函數(shù)重載，主要是因?yàn)閟wift中的重整命名規(guī)則比較復(fù)雜，可以確保函數(shù)符號(hào)的唯一性

ASLR(隨機(jī)地址偏移)

新建一個(gè)iOS項(xiàng)目，在 ViewController中定義一下代碼

struct HTStack {
    func teacher() {
        print("teacher")
    }
}

class ViewController: UIViewController {

    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        let t = HTStack()
        t.teacher()
        print("end")
    }
}

運(yùn)行上述代碼，查看mach-o文件，發(fā)現(xiàn)mach-o文件中的地址與函數(shù)調(diào)用的地址不一致，主要原因是實(shí)際調(diào)用時(shí)地址多了一個(gè) ASLR（地址空間布局隨機(jī)化 address space layout randomizes）

ASLR

在 mach-o文件中查看，程序運(yùn)行靜態(tài)基地址（VM address) 是 0x0000000100000000

image

可以通過image list查看，其中 0x100000000程序運(yùn)行的首地址，后八位是隨機(jī)地址偏移 0x20ef000（即 ASLR）

image

函數(shù)地址等于 0x100000000（程序運(yùn)行首地址）+ 0x20ef000（ASLR） + 0x3A30（符號(hào)表地址偏移）= 0x1020F2A30

image

動(dòng)態(tài)派發(fā)

匯編指令補(bǔ)充

ARM64匯編指令

blr：帶返回的跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到指令后邊跟隨寄存器中保存的地址
mov：將某一寄存器的值復(fù)制到另一寄存器（只能用于寄存器與寄存器或者寄存器與常量之間傳值，不能用于內(nèi)存地址）
- mov x1, x0 將寄存器x0的值復(fù)制到寄存器x1中
ldr：將內(nèi)存中的值讀取到寄存器中
- ldr x0, [x1, x2] 將寄存器x1和寄存器x2 相加作為地址，取該內(nèi)存地址的值翻入寄存器x0中
str：將寄存器中的值寫入到內(nèi)存中
- str x0, [x0, x8] 將寄存器x0的值保存到內(nèi)存[x0 + x8]處
bl：跳轉(zhuǎn)到某地址

探索class的調(diào)度方式

首先介紹下V_Table在SIL文件中的格式

//聲明sil vtable關(guān)鍵字
decl ::= sil-vtable
//sil vtable中包含 關(guān)鍵字、標(biāo)識(shí)（即類名）、所有的方法
2 sil-vtable ::= 'sil_vtable' identifier '{' sil-vtable-entry* '}'
//方法中包含了聲明以及函數(shù)名稱
3 sil-vtable-entry ::= sil-decl-ref ':' sil-linkage? sil-function-name

例如，以HTTacher為例，其SIL中的v-table如下所示

class HTTeacher {
    func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

image

sil_vtable：關(guān)鍵字
HTTeacher：表示是 HTTeacher類的函數(shù)表
其次就是當(dāng)前方法的聲明對(duì)應(yīng)著方法的名稱
函數(shù)表可以理解為 數(shù)組，聲明在 class內(nèi)部的方法在不加任何關(guān)鍵字修飾的過程中，是連續(xù)存放在我們當(dāng)前的地址空間中的。這一點(diǎn)，可以通過斷點(diǎn)來(lái)印證

函數(shù)表源碼探索

下面來(lái)進(jìn)行函數(shù)表底層的源碼探索

源碼中搜索 initClassVTable,并加上斷點(diǎn)，然后寫上源碼進(jìn)行調(diào)試

image
其內(nèi)部是通過 for循環(huán)編碼，然后offset+index偏移，然后獲取method，將其存入到偏移后的內(nèi)存中，從這里可以驗(yàn)證函數(shù)是連續(xù)存放的
對(duì)于class中函數(shù)來(lái)說(shuō)，類的方法調(diào)度是通過V-Taable，其本質(zhì)就是一個(gè)連續(xù)的內(nèi)存空間（數(shù)組結(jié)構(gòu)）。

問題：如果更改方法聲明的位置呢？例如 extension中的函數(shù)，此時(shí)的函數(shù)調(diào)度方式還是函數(shù)表調(diào)度嗎？

定義一個(gè) HTTeacher的 extension

extension HTTeacher {
    func teacher4() { print("teacher4") }
}

再定義一個(gè)子類 HTStudent繼承自 HTTeacher,查看SIL中的 V-Table

class HTStudent: HTTeacher {}

查看 SIL文件，發(fā)現(xiàn)子類只繼承了class中定義的函數(shù)，即函數(shù)表中的函數(shù)

image

其原因是因?yàn)?code>子類將父類的函數(shù)表全部繼承了，如果此時(shí)子類增加函數(shù)，會(huì)繼續(xù)在連續(xù)的地址中插入，假設(shè)extension函數(shù)也是在函數(shù)表中，則意味著子類也有，但是子類無(wú)法并沒有相關(guān)的指針記錄函數(shù) 是父類方法還是子類方法，所以不知道方法該從哪里插入，導(dǎo)致extension中的函數(shù)無(wú)法安全的放入子類中。所以在這里可以側(cè)面證明extension中的方法是直接調(diào)用的，且只屬于類，子類是無(wú)法繼承的

開發(fā)注意點(diǎn)：

需要繼承的方法和屬性，不能寫在extension中。
而 extension中創(chuàng)建的函數(shù)，一定是只屬于自己類，但是其子類也有其訪問權(quán)限，只是不能繼承和重寫

final、@objc、dynamic修飾函數(shù)

final 修飾

final 修飾的方法是 直接調(diào)度的,可以通過SIL驗(yàn)證 + 斷點(diǎn)驗(yàn)證

class HTTeacher {
    final func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

image

@objc 修飾

使用 @objc關(guān)鍵字是將 swift中的方法暴露給OC

class HTTeacher {
    @objc func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

通過SIL+斷點(diǎn)調(diào)試，發(fā)現(xiàn) @objc修飾的方法是 函數(shù)表調(diào)度

image

【小技巧】：混編頭文件查看方式：查看項(xiàng)目名-Swift.h頭文件

image

如果只是通過 @objc修飾函數(shù)，OC還是無(wú)法調(diào)用swift方法的，因此如果想要 OC訪問swift，class需要繼承NSObject

<!--swift類-->
class HTTeacher: NSObject {
    @objc func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

<!--橋接文件中的聲明-->
SWIFT_CLASS("_TtC11HTSwiftDemo9HTTeacher")
@interface HTTeacher : NSObject
- (void)teacher;
- (nonnull instancetype)init OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER;
@end

查看 SIL文件發(fā)現(xiàn)被 @objc修飾的函數(shù)聲明有兩個(gè)：swift + OC（內(nèi)部調(diào)用的swift中的teach函數(shù)）

image

即在SIL文件中生成了兩個(gè)方法

swift原有的函數(shù)
@objc標(biāo)記暴露給OC來(lái)使用的函數(shù)：內(nèi)部調(diào)用swift原有函數(shù)

dynamic 修飾

以下面代碼為例，查看 dynamic修飾的函數(shù)的調(diào)度方式

class HTTeacher: NSObject {
    dynamic func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

其中 teach函數(shù)的調(diào)度還是 函數(shù)表調(diào)度，可以通過斷點(diǎn)調(diào)試驗(yàn)證，使用 dynamic的意思是可以動(dòng)態(tài)修改，意味著當(dāng)類繼承自NSObject時(shí)，可以使用 method-swizzling

@objc + dynamic

class HTTeacher: NSObject {
    @objc dynamic func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

通過斷點(diǎn)調(diào)試，走的是 objc_msgSend流程，即 動(dòng)態(tài)消息轉(zhuǎn)發(fā)

image

swift中實(shí)現(xiàn)方法交換

在swift中的需要交換的函數(shù)前，使用dynamic修飾，然后通過: @_dynamicReplacement(for: 函數(shù)符號(hào))進(jìn)行交換，如下所示

class HTTeacher {
    dynamic func teacher() { print("teacher") }
    func teacher1() { print("teacher1") }
    func teacher2() { print("teacher2") }
    func teacher3() { print("teacher3") }
}

extension HTTeacher {
    @_dynamicReplacement(for: teacher)
    func teacher5() {
        print("teacher5")
    }
}

var t = HTTeacher()
t.teacher()

將 teacher()方法替換成了 teacher5

image

如果 teacher()方法沒有實(shí)現(xiàn) 或者 沒有dynamic修飾符，會(huì)報(bào)錯(cuò)

image

方法調(diào)度總結(jié)

struct是值類型，其中函數(shù)的調(diào)度屬于直接調(diào)用地址，即靜態(tài)調(diào)度
class是引用類型，其中函數(shù)的調(diào)度是通過V-Table函數(shù)表來(lái)進(jìn)行調(diào)度的，即動(dòng)態(tài)調(diào)度
extension中的函數(shù)調(diào)度方式是直接調(diào)度
final修飾的函數(shù)調(diào)度方式是直接調(diào)度
@objc修飾的函數(shù)調(diào)度方式是函數(shù)表調(diào)度，如果OC中需要使用，class還必須繼承NSObject
dynamic修飾的函數(shù)的調(diào)度方式是函數(shù)表調(diào)度，使函數(shù)具有動(dòng)態(tài)性
@objc + dynamic 組合修飾的函數(shù)調(diào)度，是執(zhí)行的是 objc_msgSend流程，即 動(dòng)態(tài)消息轉(zhuǎn)發(fā)

內(nèi)存插件 libfooplugin.dylib的使用

安裝和使用

方式一

在根目錄下創(chuàng)建 .lldbinit ??????文件： vim /.lldbinit
然后輸入 plugin load libfooplugin.dylib路徑

方式二

在通過lldb調(diào)試的時(shí)候，直接輸入 plugin load libfooplugin.dylib路徑

使用

在 lldb環(huán)境下，通過 cat address 地址使用

內(nèi)存分區(qū)調(diào)試實(shí)踐

堆區(qū)

對(duì)于堆區(qū)的內(nèi)存來(lái)說(shuō)，就是通過 new & malloc 關(guān)鍵字來(lái)申請(qǐng)的內(nèi)存空間，不連續(xù)，類似鏈表的結(jié)構(gòu)，最直觀的就是類的實(shí)例對(duì)象。
定義代碼如下，通過cat查看類實(shí)例的內(nèi)存分區(qū)

class HTTeahcer {
    func teacher() {
        print("teacher")
    }
}

var t = HTTeahcer()

image

從上圖可以看出，類的實(shí)例對(duì)象存儲(chǔ)在堆區(qū)，即 heap pointer

棧區(qū)

查看以下代碼的 age內(nèi)存地址位于哪個(gè)區(qū)？

func test() {
    // 我們?cè)诤瘮?shù)內(nèi)部聲明的age變量就是一個(gè)局部變量
    var age: Int = 18
    print(age)
}

test()

image

從結(jié)果來(lái)看，age位于棧區(qū)，即 stack address，此處的age如果用 let修飾，取不到地址

全局區(qū)

對(duì)于C的分析

下面是C語(yǔ)言的部分代碼，查看其變量的內(nèi)存地址

//全局已初始化變量
int a = 10;
//全局未初始化變量
int age;

//全局靜態(tài)變量
static int age2 = 30;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    
    char *p = "CJLTeacher";
    printf("%d", a);
    printf("%d", age2);
    return  0;
}

查看 a（全局已初始化變量）的內(nèi)存地址

image

其中 __DATA.__data表示 segment.section,這里的位置和全局區(qū)并不沖突，因?yàn)橐粋€(gè)是人為的內(nèi)存分配（內(nèi)存布局分區(qū)），一個(gè)是 Mach-O的 segment.section段中，是文件的格式劃分

image
查看 age（全局未初始化變量）的內(nèi)存地址

image

age在Mach-O文件中，放在了__DATA.__common段，主要放的就是未初始化的符號(hào)聲明（mach-o相比內(nèi)存劃分更細(xì)，主要是為了更好的定位符號(hào)），當(dāng)然此時(shí)的 age在內(nèi)存中依然在全局區(qū)
查看 age2（全局已初始化靜態(tài)變量）的內(nèi)存地址（其中需要注意：age2必須使用才能找到，否則會(huì)報(bào)錯(cuò)）

image
觀察3個(gè)變量的地址，其地址都是相鄰的，因?yàn)樵趦?nèi)存中都放在了全局區(qū)，觀察其內(nèi)存地址，可以發(fā)現(xiàn)，在全局區(qū)中，未初始化變量地址 比 已初始化變量地址 高

image
如果定義了一個(gè)char *p = "CJLTeacher",查看 *p，Mach-O存儲(chǔ)在__TEXT.cstring段，內(nèi)存中存儲(chǔ)在常量區(qū)

image
如果是 const修飾的變量呢？存放在Mach-O文件中的__TEXT.__const段

image
如果使用static + const修飾變量，此時(shí)變量在哪？

image

查看 age4的內(nèi)存地址，地址特別大，而且使用 cat查看不了，因?yàn)閙ach-o沒有記錄，age4 就是50，即使用static+const修飾的變量就相當(dāng)于直接替換

對(duì)于Swift的分析

let age = 10

對(duì)于let修飾的變量，由于是不可變的，所以不能通過 po+cat查看內(nèi)存，通過匯編首地址+偏移 來(lái)獲取 age的內(nèi)存，發(fā)現(xiàn)是在Mach-O的 __DATA.__common段

image

從這里可以發(fā)現(xiàn)，這與C中是有所區(qū)別的。swift的不同之處：已經(jīng)初始化的全局變量放在__DATA.__common段，猜測(cè)是因?yàn)?age開始是被標(biāo)記為未初始化的，當(dāng)我們執(zhí)行代碼之后才將 10存儲(chǔ)到對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址中
如果是 var修飾的變量呢？可以發(fā)現(xiàn)與 let是一致的，還是 __DATA.__common段

var age2 = 20

image

總結(jié)

對(duì)于C語(yǔ)言中全局變量，根據(jù)是否已經(jīng)初始化，存儲(chǔ)在Mach-O中存儲(chǔ)位置是不同的
- 已初始化的全局變量：__DATA.__data
- 未初始化的全局變量：__DATA.__common
- 已初始化的全局靜態(tài)變量，即static修飾：__DATA.__data
- 對(duì)于char *p類型的字符：__TEXT.cstring
- const修飾的全局變量：__TEXT.__const
- static+const修飾的全局變量：Mach-O中沒有記錄
對(duì)于 Swift中的全局變量
- let修飾的全局變量：__DATA.__common
- var修飾的全局變量：__DATA.__common

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Swift進(jìn)階04:方法調(diào)度

Swift進(jìn)階04:方法調(diào)度

靜態(tài)派發(fā)

函數(shù)符號(hào)命名規(guī)則

ASLR(隨機(jī)地址偏移)

動(dòng)態(tài)派發(fā)

匯編指令補(bǔ)充

探索class的調(diào)度方式

首先介紹下V_Table在SIL文件中的格式

函數(shù)表源碼探索

開發(fā)注意點(diǎn)：

final、@objc、dynamic修飾函數(shù)

final 修飾

@objc 修飾

dynamic 修飾

@objc + dynamic

swift中實(shí)現(xiàn)方法交換

方法調(diào)度總結(jié)

內(nèi)存插件 libfooplugin.dylib的使用

安裝和使用

內(nèi)存分區(qū)調(diào)試實(shí)踐

堆區(qū)

棧區(qū)

全局區(qū)

對(duì)于C的分析

對(duì)于Swift的分析

總結(jié)

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靜態(tài)派發(fā)

函數(shù)符號(hào)命名規(guī)則

ASLR(隨機(jī)地址偏移)

動(dòng)態(tài)派發(fā)

匯編指令補(bǔ)充

探索class的調(diào)度方式

首先介紹下V_Table在SIL文件中的格式

函數(shù)表源碼探索

開發(fā)注意點(diǎn)：

final、@objc、dynamic修飾函數(shù)

final 修飾

@objc 修飾

dynamic 修飾

@objc + dynamic

swift中實(shí)現(xiàn)方法交換

方法調(diào)度總結(jié)

內(nèi)存插件 libfooplugin.dylib的使用

安裝和使用

內(nèi)存分區(qū)調(diào)試實(shí)踐

堆區(qū)

棧區(qū)

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final、@objc、dynamic修飾函數(shù)