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前言

今天我們重點來分析一下，iOS App運行時，在main()方法執(zhí)行之前，程序到底做了哪些事？

準(zhǔn)備工作

示例，新建一個iOS應(yīng)用工程，查看方法加載的順序

__attribute__((constructor)) void lg_cFunction() {
//    printf();
    NSLog(@"%s -- 來了", __func__);
}

int main(int argc, char * argv[]) {
    NSString * appDelegateClassName;
    @autoreleasepool {
        // Setup code that might create autoreleased objects goes here.
        appDelegateClassName = NSStringFromClass([AppDelegate class]);
        NSLog(@"%s -- 來了", __func__);
    }
    return UIApplicationMain(argc, argv, nil, appDelegateClassName);
}
---------------------------------分割線---------------------------------
@implementation ViewController

+ (void)load {
    NSLog(@"%s -- 來了", __func__);
}
@end

運行后

2020-09-28 11:06:39.756959+0800 Test1[49592:4931930] +[ViewController load] -- 來了
2020-09-28 11:06:39.757473+0800 Test1[49592:4931930] lg_cFunction -- 來了
2020-09-28 11:06:39.757671+0800 Test1[49592:4931930] main -- 來了
2020-09-28 11:06:39.800886+0800 Test1[49592:4931930] result is 0

發(fā)現(xiàn)當(dāng)前3個方法的調(diào)用順序是load --> lg_cFunction(c++方法) -->main入口，why？

編譯過程

帶著上述方法調(diào)用順序的疑問，我們先來大致了解下，App編譯的一個過程：

大致流程是：
源文件(.h .m .cpp)-->預(yù)編譯(檢查語法)-->編譯(轉(zhuǎn)化為匯編)-->匯編(生成機器碼文件) -->鏈接(也包括一些庫的鏈接)-->生成可執(zhí)行文件(在生成的.app中右鍵打開包文件，里頭的exec)
其中鏈接這一步蘋果系統(tǒng)使用的就是dyld庫來完成的。那什么是dyld呢？

dyld動態(tài)鏈接器

dyld 是英文 the dynamic link editor 的簡寫，翻譯過來就是動態(tài)鏈接器，是蘋果操作系統(tǒng)的一個重要的組成部分。在 iOS/Mac OSX 系統(tǒng)中，僅有很少量的進(jìn)程只需要內(nèi)核就能完成加載，基本上所有的進(jìn)程都是動態(tài)鏈接的，所以 Mach-O 鏡像文件中會有很多對外部的庫和符號的引用，但是這些引用并不能直接用，在啟動時還必須要通過這些引用進(jìn)行內(nèi)容的填補，這個填補工作就是由動態(tài)鏈接器dyld來完成的，也就是符號綁定。

找入口

你想知道系統(tǒng)調(diào)用load之前走了什么流程？很簡單，在load方法里打斷點，然后lldb bt指令查看調(diào)用堆棧信息。

指令名稱	釋義
bt	查看調(diào)用堆棧信息，加all可打印多有thread的堆棧

上圖紅框處可知，最開始是從_dyld_start_開始的，我們?nèi)炙阉?code>_dyld_start_，尋找入口。

_dyld_start_.png

看注釋，我們注意到會調(diào)用dyldbootstrap::start

image.png

再次全局搜索dyldbootstrap，找到start函數(shù)：

uintptr_t start(const dyld3::MachOLoaded* appsMachHeader, int argc, const char* argv[],
                const dyld3::MachOLoaded* dyldsMachHeader, uintptr_t* startGlue)
{

    // Emit kdebug tracepoint to indicate dyld bootstrap has started <rdar://46878536>
    dyld3::kdebug_trace_dyld_marker(DBG_DYLD_TIMING_BOOTSTRAP_START, 0, 0, 0, 0);

    // if kernel had to slide dyld, we need to fix up load sensitive locations
    // we have to do this before using any global variables
    rebaseDyld(dyldsMachHeader);

    // kernel sets up env pointer to be just past end of agv array
    const char** envp = &argv[argc+1];
    
    // kernel sets up apple pointer to be just past end of envp array
    const char** apple = envp;
    while(*apple != NULL) { ++apple; }
    ++apple;

    // set up random value for stack canary
    __guard_setup(apple);

#if DYLD_INITIALIZER_SUPPORT
    // run all C++ initializers inside dyld
    runDyldInitializers(argc, argv, envp, apple);
#endif

    // now that we are done bootstrapping dyld, call dyld's main
    uintptr_t appsSlide = appsMachHeader->getSlide();
    return dyld::_main((macho_header*)appsMachHeader, appsSlide, argc, argv, envp, apple, startGlue);
}

最終調(diào)用dyld::_main，這個就是我們要找的入口!

dyld::_main流程大致分析

這個函數(shù)實現(xiàn)代碼量巨大，我們一步步看。

首先看函數(shù)的返回值result，如下圖：

再搜索result的賦值地方，

上圖是初始化

上圖是一個if特殊情況條件里的返回，不考慮。

上圖是個宏編譯的if條件的，不考慮。

上圖也是一個if條件中的賦值，并return，不作考慮。

同理，不考慮。

首先3是宏條件編譯，不考慮，然后1和2是主要賦值的地方，都用到一個共同的變量sMainExecutable，應(yīng)該是關(guān)鍵。

也是if條件里的，不考慮。

最終發(fā)現(xiàn)，賦值result的都是通過變量sMainExecutable，那我們再搜索sMainExecutable的賦值情況：

sMainExecutable.png

第一個就找到了，通過方法instantiateFromLoadedImage，再看注釋// instantiate ImageLoader for main executable -->為主可執(zhí)行文件實例化ImageLoader，接著我們重點看看instantiateFromLoadedImage函數(shù)

// The kernel maps in main executable before dyld gets control.  We need to 
// make an ImageLoader* for the already mapped in main executable.
static ImageLoaderMachO* instantiateFromLoadedImage(const macho_header* mh, uintptr_t slide, const char* path)
{
    // try mach-o loader
    if ( isCompatibleMachO((const uint8_t*)mh, path) ) {
        ImageLoader* image = ImageLoaderMachO::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, gLinkContext);
        addImage(image);
        return (ImageLoaderMachO*)image;
    }
    
    throw "main executable not a known format";
}

關(guān)鍵代碼是ImageLoader* image = ImageLoaderMachO::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, gLinkContext);

// create image for main executable
ImageLoader* ImageLoaderMachO::instantiateMainExecutable(const macho_header* mh, uintptr_t slide, const char* path, const LinkContext& context)
{
    //dyld::log("ImageLoader=%ld, ImageLoaderMachO=%ld, ImageLoaderMachOClassic=%ld, ImageLoaderMachOCompressed=%ld\n",
    //  sizeof(ImageLoader), sizeof(ImageLoaderMachO), sizeof(ImageLoaderMachOClassic), sizeof(ImageLoaderMachOCompressed));
    bool compressed;
    unsigned int segCount;
    unsigned int libCount;
    const linkedit_data_command* codeSigCmd;
    const encryption_info_command* encryptCmd;
    sniffLoadCommands(mh, path, false, &compressed, &segCount, &libCount, context, &codeSigCmd, &encryptCmd);
    // instantiate concrete class based on content of load commands
    if ( compressed ) 
        return ImageLoaderMachOCompressed::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, segCount, libCount, context);
    else
#if SUPPORT_CLASSIC_MACHO
        return ImageLoaderMachOClassic::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, segCount, libCount, context);
#else
        throw "missing LC_DYLD_INFO load command";
#endif
}

首先sniffLoadCommands(mh, path, false, &compressed, &segCount, &libCount, context, &codeSigCmd, &encryptCmd);

sniffLoadCommands.png

根據(jù)注釋，應(yīng)該是定義mach-o文件的格式，定義什么格式呢？
這時需要用到查看mach-o文件的軟件MachOView，舉個例子來看看：
先找到工程的.app文件所在位置：

再右鍵顯示包內(nèi)容：

選擇exec可執(zhí)行文件

拖入到MachOView中：

所以，sniffLoadCommands定義的就是mach-o里的區(qū)間Load Commands里的格式。
格式定義完成后，接著進(jìn)行初始化instantiateMainExecutable

// instantiate concrete class based on content of load commands
    if ( compressed ) 
        return ImageLoaderMachOCompressed::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, segCount, libCount, context);
    else
#if SUPPORT_CLASSIC_MACHO
        return ImageLoaderMachOClassic::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, segCount, libCount, context);
#else
        throw "missing LC_DYLD_INFO load command";
#endif

不論是壓縮模式ImageLoaderMachOCompressed，還是標(biāo)準(zhǔn)模式ImageLoaderMachOClassic，最終都是生成ImageLoader對象，完成一個初始化sMainExecutable的過程。

至此，我們通過返回值result反向搜索賦值，找到sMainExecutable的初始化流程（第6577行），那么在sMainExecutable的初始化前，又走了哪些流程？我們一點點的往下看：

上述所有圖，大致描述了dyld::_main的大致流程：

環(huán)境變量配置
共享緩存處理
主程序表初始化
插入動態(tài)庫
鏈接主程序表
鏈接動態(tài)庫
弱符號綁定
初始化所有
主程序入口處理

第8步初始化流程詳細(xì)分析

大家肯定想知道：我們平時寫的對象到底是如何初始化的呢，說白了就是我們之前討論的_objc_init是在哪里觸發(fā)被調(diào)用的呢？帶著這個問題，我們首先看看initializeMainExecutable源碼：

再看看runInitializers源碼：

繼續(xù)processInitializers

繼續(xù)recursiveInitialization

很明顯，這里面，需要分成兩部分探索，一部分是notifySingle函數(shù)，一部分是doInitialization函數(shù)。

首先探索notifySingle函數(shù)
小技巧-->全局搜索notifySingle(函數(shù)

紅框里是核心代碼
再搜索sNotifyObjCInit，看看哪里賦值處理

上圖賦值的是在函數(shù)registerObjCNotifiers，再搜索其被調(diào)用的地方

是在 _dyld_objc_notify_register進(jìn)行了調(diào)用，但是_dyld_objc_notify_register的函數(shù)需要在libobjc源碼中搜索

終于，是在 _objc_init中，這不正是我們最開始要找的問題所在嗎，哈哈！
在_objc_init源碼中調(diào)用了_dyld_objc_notify_register，并傳入了參數(shù)load_images，那么sNotifyObjCInit = load_images，而load_images中會調(diào)用所有的+load方法。

整個load方法的調(diào)用鏈路就是：
_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> dyld::notifySingle(是一個回調(diào)處理) --> sNotifyObjCInit --> load_images(libobjc.A.dylib)

load方法的調(diào)用棧信息

load調(diào)用棧

前面的流程跟我們之前分析的一樣：

_dyld_start-->dyld::main-->initialzeMainExecutetable()初始化主程序表-->dyld::notifySingle回調(diào)結(jié)果-->load_images加載文件

，緊接著就調(diào)用了load方法，具體調(diào)用的位置如下圖：

load調(diào)用

cxx方法調(diào)用棧信息

同理，在cxx方法處打斷點，查看調(diào)用棧：

cxx調(diào)用

與load不同的是，在recursiveInitialization之后，

和load不同的是，在doInitialization里觸發(fā)的cxx方法。那我們具體看看doInitialization的流程是如何處理的。

先看doImageInit

再看doModInitFunctions，和doImageInit差不多的流程

接著搜索LC_SEGMENT_COMMAND

以64位為例，看看LC_SEGMENT_64

看來是_TEXT區(qū)間相關(guān)，我們查看mach-o符號文件：

_TEXT.png

所以doModInitFunctions就是在編譯調(diào)用上圖紅框處的區(qū)間里所有的函數(shù)，其中就包含cxx函數(shù)的調(diào)用觸發(fā)。

cxx函數(shù)調(diào)用鏈
_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> dyld::doModInitFunctions-->func()

那么回到之前的問題，objc_init是在哪里被調(diào)用呢？在initializeMainExecutable沒找到答案，那么接下來，只能使用終極大招了-->符號斷點。

符號斷點查看objc_init

前面的流程和cxx函數(shù)調(diào)用大致相同，在第3步時，會調(diào)用libSystem庫，再去到libdispatch庫，然后觸發(fā)_os_object_init-->_objc_init，請看下列圖：

上圖可知：objc_init調(diào)用鏈如下：

_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> dyld::doModInitFunctions

libSystem_initlializer-->libdispatch_init-->_os_object_init-->_objc_init

_objc_init-->注冊觀察者_(dá)dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image)-->第2個參數(shù)load_images == sNotifyObjCInit，然后再在dyld加載的ImageLoader::recursiveInitialization這一步里notifySingle-->sNotifyObjCInit觸發(fā)回調(diào)，讓_objc_init和dyld加載過程形成一個閉環(huán)。

main入口

上面我們知道了load和cxx函數(shù)的調(diào)用鏈，還剩下main()了，它是在哪里被調(diào)用的呢？智能在cxx函數(shù)里打斷點，然后打開匯編模式，跟著斷點一步步看了。

然后按住按鍵control，點擊step over

上圖紅框里發(fā)現(xiàn)，其實和之前分析的流程基本一致，還是回到了_dyld_start，看來我們只有回到最初的匯編代碼里，去尋找main入口了：

在第3步也是_dyld_start的最后，找到了main()，此時才調(diào)用，當(dāng)然比load和cxx函數(shù)的調(diào)用時機都晚！

總結(jié)

借用Style_月月的iOS-底層原理 15：dyld加載流程的dyld加載流程圖：

dyld加載流程

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iOS應(yīng)用程序加載大致流程分析

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前言

準(zhǔn)備工作

編譯過程

dyld動態(tài)鏈接器

找入口

dyld::_main流程大致分析

第8步初始化流程詳細(xì)分析

load方法的調(diào)用棧信息

cxx方法調(diào)用棧信息

符號斷點查看objc_init

main入口

總結(jié)

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前言

準(zhǔn)備工作

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找入口

dyld::_main流程大致分析

第8步初始化流程詳細(xì)分析

load方法的調(diào)用棧信息

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