静态派发
值类型对象的函数的调用方式是静态调用，即直接地址调用，调用函数指针，这个函数指针在编译、链接完成之后就已经确定了，存放在代码段，而结构体内部并不存放方法。因此可以通过地址直接调用
- 结构体函数符号调试如下：
静态派发
- 打开
Mach-O可执行文件，其中的__text段，就是所谓的代码段，需要执行的汇编指令都在这里
Mach-O文件
对于上面的分析，有个疑问：直接地址调用后面是符号，这个符号是怎么来的？
符号
- 是从
Mach-O文件的符号表 Symbol Table，但是符号表中并不存储字符串，字符串存储在字符串表 String Table（存放所有的变量名和函数名，以字符串形式存储），然后根据符号表中的偏移值到字符串表中查找对应的字符，然后进行命名重整
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-
Symbol Table: 存储符号位于字符串表的位置 -
Dynamic Symbol Table:动态库函数位于符号表的偏移位置
还可以通过终端命令nm，获取项目中的符号表
-
查看符号表：
nm mach-o文件路径 -
通过命令还原符号名称：
xcrun swift-demangle 符号 -
将
Edit Scheme中的Debug改成Release，编译后查看，在可执行文件目录下，多了一个后缀为dSYM的文件，此时，再去Mach-o文件中查找teach符号，发现是找不到的。 其主要原因是因为静态链接的函数，实际上是不需要符号的，一旦编译完成，其地址确定后，当前的符号表就会删除当前函数对应的符号，在release环境下，符号表中存储的只是不能确定地址的符号 -
对于不能确定地址的符号，是在
运行时确定的，即函数第一次调用时（相当于懒加载），例如print，是通过dyld_stub_bind确定地址的
函数符号命名规则
- 对于
C函数来说，命名的重整规则就是在函数名之前加_（注意：C中不允许函数重载，因为没有办法区分）
#include <stdio.h>
void test(){}
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- 对于OC来说，也不支持函数重载，其符号命名规则是
-[类名 函数名] - 对于Swift来说，是允许函数重载，主要是因为swift中的
重整命名规则比较复杂，可以确保函数符号的唯一性
ASLR(随机地址偏移)
新建一个iOS项目，在 ViewController中定义一下代码
struct HTStack {
func teacher() {
print("teacher")
}
}
class ViewController: UIViewController {
override func viewDidLoad() {
super.viewDidLoad()
let t = HTStack()
t.teacher()
print("end")
}
}
- 运行上述代码，查看
mach-o文件，发现mach-o文件中的地址 与 函数调用的地址不一致，主要原因是实际调用时地址多了一个ASLR（地址空间布局随机化 address space layout randomizes）
ASLR
- 在
mach-o文件中查看，程序运行静态基地址（VM address) 是0x0000000100000000
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- 可以通过
image list查看，其中0x100000000程序运行的首地址，后八位是随机地址偏移0x20ef000（即 ASLR）
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- 函数地址等于
0x100000000（程序运行首地址）+0x20ef000（ASLR） +0x3A30（符号表地址偏移）=0x1020F2A30
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动态派发
汇编指令补充
ARM64汇编指令
-
blr：带返回的跳转指令，跳转到指令后边跟随寄存器中保存的地址 -
mov：将某一寄存器的值复制到另一寄存器（只能用于寄存器与寄存器 或者 寄存器与常量之间 传值，不能用于内存地址）-
mov x1, x0将寄存器x0的值复制到寄存器x1中
-
-
ldr：将内存中的值读取到寄存器中-
ldr x0, [x1, x2]将寄存器x1和寄存器x2 相加作为地址，取该内存地址的值翻入寄存器x0中
-
-
str：将寄存器中的值写入到内存中-
str x0, [x0, x8]将寄存器x0的值保存到内存[x0 + x8]处
-
-
bl：跳转到某地址
探索class的调度方式
首先介绍下V_Table在SIL文件中的格式
//声明sil vtable关键字
decl ::= sil-vtable
//sil vtable中包含 关键字、标识（即类名）、所有的方法
2 sil-vtable ::= 'sil_vtable' identifier '{' sil-vtable-entry* '}'
//方法中包含了声明以及函数名称
3 sil-vtable-entry ::= sil-decl-ref ':' sil-linkage? sil-function-name
例如，以HTTacher为例，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") }
}
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-
sil_vtable：关键字 -
HTTeacher：表示是 HTTeacher类的函数表 - 其次就是当前方法的声明对应着方法的名称
- 函数表 可以理解为
数组，声明在 class内部的方法在不加任何关键字修饰的过程中，是连续存放在我们当前的地址空间中的。这一点，可以通过断点来印证
函数表源码探索
下面来进行函数表底层的源码探索
- 源码中搜索
initClassVTable,并加上断点，然后写上源码进行调试
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- 其内部是通过 for循环编码，然后
offset+index偏移，然后获取method，将其存入到偏移后的内存中，从这里可以验证函数是连续存放的 - 对于class中函数来说，类的方法调度是通过
V-Taable，其本质就是一个连续的内存空间（数组结构）。
问题：如果更改方法声明的位置呢？例如 extension中的函数，此时的函数调度方式还是函数表调度吗？
- 定义一个 HTTeacher的
extension
extension HTTeacher {
func teacher4() { print("teacher4") }
}
- 再定义一个子类
HTStudent继承自HTTeacher,查看SIL中的V-Table
class HTStudent: HTTeacher {}
- 查看 SIL文件，发现子类只继承了class中定义的函数，即函数表中的函数
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其原因是因为子类将父类的函数表全部继承了，如果此时子类增加函数，会继续在连续的地址中插入，假设extension函数也是在函数表中，则意味着子类也有，但是子类无法并没有相关的指针记录函数 是父类方法 还是 子类方法，所以不知道方法该从哪里插入，导致extension中的函数无法安全的放入子类中。所以在这里可以侧面证明extension中的方法是直接调用的，且只属于类，子类是无法继承的
开发注意点：
- 需要继承的
方法和属性，不能写在extension中。 - 而
extension中创建的函数，一定是只属于自己类，但是其子类也有其访问权限，只是不能继承和重写
final、@objc、dynamic修饰函数
final 修饰
-
final修饰的方法是直接调度的,可以通过SIL验证 + 断点验证
class HTTeacher {
final func teacher() { print("teacher") }
func teacher1() { print("teacher1") }
func teacher2() { print("teacher2") }
func teacher3() { print("teacher3") }
}
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@objc 修饰
- 使用
@objc关键字是将swift中的方法暴露给OC
class HTTeacher {
@objc func teacher() { print("teacher") }
func teacher1() { print("teacher1") }
func teacher2() { print("teacher2") }
func teacher3() { print("teacher3") }
}
- 通过SIL+断点调试，发现
@objc修饰的方法是函数表调度
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【小技巧】：混编头文件查看方式：查看项目名-Swift.h头文件
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- 如果只是通过 @objc修饰函数，OC还是无法调用swift方法的，因此如果想要
OC访问swift，class需要继承NSObject
<!--swift类-->
class HTTeacher: NSObject {
@objc func teacher() { print("teacher") }
func teacher1() { print("teacher1") }
func teacher2() { print("teacher2") }
func teacher3() { print("teacher3") }
}
<!--桥接文件中的声明-->
SWIFT_CLASS("_TtC11HTSwiftDemo9HTTeacher")
@interface HTTeacher : NSObject
- (void)teacher;
- (nonnull instancetype)init OBJC_DESIGNATED_INITIALIZER;
@end
查看 SIL文件发现被 @objc修饰的函数声明有两个：swift + OC（内部调用的swift中的teach函数）
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即在SIL文件中生成了两个方法
- swift原有的函数
-
@objc标记暴露给OC来使用的函数： 内部调用swift原有函数
dynamic 修饰
以下面代码为例，查看 dynamic修饰的函数的调度方式
class HTTeacher: NSObject {
dynamic func teacher() { print("teacher") }
func teacher1() { print("teacher1") }
func teacher2() { print("teacher2") }
func teacher3() { print("teacher3") }
}
- 其中 teach函数的调度还是
函数表调度，可以通过断点调试验证，使用dynamic的意思是可以动态修改，意味着当类继承自NSObject时，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") }
}
- 通过断点调试，走的是
objc_msgSend流程，即动态消息转发
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swift中实现方法交换
在swift中的需要交换的函数前，使用dynamic修饰，然后通过: @_dynamicReplacement(for: 函数符号)进行交换，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()
将 teacher()方法替换成了 teacher5
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- 如果
teacher()方法没有实现 或者没有dynamic修饰符，会报错
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方法调度总结
-
struct是值类型，其中函数的调度属于直接调用地址，即静态调度 -
class是引用类型，其中函数的调度是通过V-Table函数表来进行调度的，即动态调度 -
extension中的函数调度方式是直接调度 -
final修饰的函数调度方式是直接调度 -
@objc修饰的函数调度方式是函数表调度，如果OC中需要使用，class还必须继承NSObject -
dynamic修饰的函数的调度方式是函数表调度，使函数具有动态性 -
@objc + dynamic组合修饰的函数调度，是执行的是objc_msgSend流程，即动态消息转发
内存插件 libfooplugin.dylib的使用
安装和使用
方式一
- 在根目录下创建 .lldbinit 文件：
vim /.lldbinit - 然后输入
plugin load libfooplugin.dylib路径
方式二
- 在通过lldb调试的时候，直接输入
plugin load libfooplugin.dylib路径
使用
- 在
lldb环境下，通过cat address 地址使用
内存分区调试实践
堆区
对于堆区的内存来说，就是通过 new & malloc 关键字来申请的内存空间，不连续，类似链表的结构，最直观的就是类的实例对象。
定义代码如下，通过cat查看类实例的内存分区
class HTTeahcer {
func teacher() {
print("teacher")
}
}
var t = HTTeahcer()
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从上图可以看出，类的实例对象存储在堆区，即
heap pointer
栈区
查看以下代码的 age内存地址位于哪个区？
func test() {
// 我们在函数内部声明的age变量就是一个局部变量
var age: Int = 18
print(age)
}
test()
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从结果来看，
age位于栈区，即 stack address，此处的age如果用 let修饰，取不到地址
全局区
对于C的分析
下面是C语言的部分代码，查看其变量的内存地址
//全局已初始化变量
int a = 10;
//全局未初始化变量
int age;
//全局静态变量
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（全局已初始化变量）的内存地址
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其中__DATA.__data表示segment.section,这里的位置和全局区并不冲突，因为一个是人为的内存分配（内存布局分区），一个是 Mach-O的segment.section段中，是文件的格式划分
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-
查看
age（全局未初始化变量）的内存地址
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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号声明（mach-o相比内存划分更细，主要是为了更好的定位符号），当然此时的age在内存中依然在全局区 -
查看
age2（全局已初始化静态变量）的内存地址（其中需要注意：age2必须使用才能找到，否则会报错）
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-
观察3个变量的地址，其地址都是相邻的，因为在内存中都放在了
全局区，观察其内存地址，可以发现，在全局区中，未初始化变量地址比已初始化变量地址高
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如果定义了一个
char *p = "CJLTeacher",查看*p，Mach-O存储在__TEXT.cstring段，内存中存储在常量区
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如果是
const修饰的变量呢？存放在Mach-O文件中的__TEXT.__const段
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如果使用static + const修饰变量，此时变量在哪？
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查看age4的内存地址，地址特别大，而且使用cat查看不了，因为mach-o没有记录，age4就是50，即使用static+const修饰的变量就相当于直接替换
对于Swift的分析
let age = 10
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对于
let修饰的变量，由于是不可变的，所以不能通过po+cat查看内存，通过汇编 首地址+偏移来获取age的内存，发现是在Mach-O的__DATA.__common段
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从这里可以发现，这与C中是有所区别的。swift的不同之处：已经初始化的全局变量放在__DATA.__common段，猜测是因为age开始是被标记为未初始化的，当我们执行代码之后才将10存储到对应的内存地址中 -
如果是
var修饰的变量呢？可以发现与let是一致的，还是__DATA.__common段
var age2 = 20
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总结
- 对于C语言中全局变量，根据是否已经初始化，存储在Mach-O中存储位置是不同的
-
已初始化的全局变量：__DATA.__data -
未初始化的全局变量：__DATA.__common -
已初始化的全局静态变量，即static修饰：__DATA.__data - 对于
char *p类型的字符：__TEXT.cstring -
const修饰的全局变量：__TEXT.__const -
static+const修饰的全局变量：Mach-O中没有记录
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- 对于 Swift中的全局变量
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let修饰的全局变量：__DATA.__common -
var修饰的全局变量：__DATA.__common
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