iOS：走近Mach-O文件之Objc代码存储
在iOS中Mach-O文件主要有以下三种：
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可执行文件；
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目标文件，如.o文件；
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动态库，如dylib，framework文件；
Mach-O文件的格式一般包括一个Mach-O头，一系列的载入命令，一个或多个Section，如下图：
Mach-O文件格式
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Header：记录平台属性，CPU架构、版本，文件类型，加载指令数量、大小，文件状态等信息；
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Load Commands：Section定义内存空间，获取动态链接器路径，获取应用程序入口，加载动态库等指令；
Section
Section段存放的内容通过MachOView工具查看主要有两大类：__Text和__DATA。
而不管是__Text还是__DATA下面还都包含若干子项，为了弄清楚每个子项中存放的内容，我们编写一个测试工程，里面尽量包含Objc语音的特性：类，继承，分类，协议，实例方法，类方法等
Person.h
@interface Person : NSObject
- (void)sleep;
- (void)walk;
@end
Person.m
NSString *string1 = @"it is string1";
NSString *string2;
@implementation Person
- (void)sleep {
NSLog(@"i am sleeping");
}
- (void)walk {
printf("i am walking");
}
+ (void)grow {
static NSString *string3 = @"it is string3";
static NSString *string4;
NSLog(@"%@_%@",string3,string4);
}
@end
给Person类增加分类：
Person+other.h
@interface Person (other)
- (void)ill;
@end
Person+other.m
@implementation Person (other)
- (void)ill {
NSLog(@"i am fall ill");
}
@end
添加StudentProtocol协议：
@protocol StudentProtocol <NSObject>
- (void)study;
+ (void)playgame;
@end
最后实现Person类的子类Student，同时实现StudentProtocol协议：
Student.h
@interface Student : Person <StudentProtocol>
@end
Student.m
@implementation Student
- (void)study {
NSLog(@"i am studying");
}
+ (void)playgame {
NSLog(@"i am playing game");
}
@end
为了防止Xcode的dead code 的优化，我们在main函数里面显示调用下上面的类/方法：
int main(int argc, const char * argv[]) {
Person *p = [[Person alloc] init];
[p sleep];
[p walk];
[p ill];
Student *student = [[Student alloc] init];
[student study];
[Student playgame];
return 0;
}
同时，为了保持工程的简洁，我们创建的是Command Line Tool 工程。将生成的可执行文件用MachOView打开：
可执行文件
下面我们看下每个子项存储的内容：
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__TEXT,__text和__TEXT,__stubs
__TEXT,__text
图中所示，__TEXT,__text存放的为具体的方法实现，如Person类的sleep和walk方法，MachOView 已经帮我们翻译成汇编代码。引用的外部符号如NSLog记录在偏移地址0x100001C98的位置，而0x100001C98在__TEXT,__stubs中，作为App启动时动态链接的辅助，动态链接的内容我们以后介绍：
__TEXT,__stubs
-
__TEXT,__cstring和__Text,__cfstring
__cstring
很好理解，__cstring中保存的是c字符串，比如sleep方法中引用的 "i am sleeping"。那么，__TEXT,__cfstring保存的是什么内容呢？
__cfstring
从上图可知，实际上__TEXT,__cfstring中保存的是Objc字符串，包括类型，值，大小，如从偏移地址00002058开始记录了Objc字符串@"i am sleeping"的信息，类型是__CFConstantStringClassReference,大小为13，保存的值为0x100001CF6,从__cstring中可查到0x100001CF6指向的正是"i am sleeping"。从上面的分析看一个Objc字符串占用的空间比c字符串多个块__TEXT,__cfstring的存储。
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__TEXT,__objc_classname
__objc_classname
__objc_classname中保存的是类名、协议名、Category名。 -
__TEXT,__objc_methname
__objc_methname
__TEXT,__objc_methname中保存了方法名，包括系统库中的方法名。 -
__TEXT,__objc_methtype
__objc_methtype
方法类型的描述。 -
__DATA,__objc_classlist和__DATA,__objc_data
__objc_classlist
__DATA,__objc_classlist中保存了自定义的类，而类的具体信息在__DATA,__objc_data中：
image.png
如
0x100002718的地址保存了Person类的信息：ISA、父类、缓存、虚表等。
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__DATA,__objc_protolist和__DATA,__data
__objc_protolist
和__DATA,__objc_classlist类型，协议的保存在__DATA,__objc_protolist和__DATA,__data中
__data
协议的信息保存的很详细，协议没有ISA指针，同时对实例方法，类方法，是不是optional的都进行了记录。
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__DATA,__objc_const
__objc_const
__DATA,__objc_const记录了方法、协议、属性列表和类概要信息。
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__DATA,__objc_selrefs和-__DATA,__objc_classrefs
__objc_selrefs
记录了被使用的类和方法，因为Objc是动态语言，这里只记录了被显式使用的类和方法。
-
__DATA,__objc_catlist
为什么__DATA,__objc_catlist在最后写呢？因为上面我们构建的工程的__DATA,__objc_catlist段是空的，我们明明给Person类加了Person+other分类，为什么在分类列表中没有相关的信息呢？
__objc_catlist
再想下分类的作用，我们使用分类更多的是给非自定义类添加方法，如系统类或者第三方库中的类，既然自定义的类都以源码形式，Xcode会不会将分类的方法当成普通方法处理了呢？为了证实猜想，给系统类NSString添加分类NSString+Trim:
__objc_catlist
果然__objc_catlist中出现了数据，同时可以在__DATA,__objc_const看到Person分类中的ill方法和主类中的sleep、walk方法在内存中是连续的。以上猜想得到了论证：
__objc_const
那这个优化是发生在编译阶段还是链接阶段呢？
我们改下工程Build Setting中把Mach-O Type从Executable改成Static Library，即将可执行文件改成静态库工程，然后再查看下目标文件：
目标文件
从上图可以看到，编译/汇编阶段主类和分类都生成了.o目标文件，优化的过程发生在链接阶段。
以上是Objc代码在可执行文件中的存储方式，了解代码的存储方式可以让我们更深入的理解Objc的运行时，同时给我们优化可执行文件大小以及解决Appstore对__TEXT段大小限制提供思路：
- 如通过链接参数进行修改数据存放位置：
-Wl,-rename_section,__TEXT,__objc_classname,__RODATA,__objc_classname
-Wl,-rename_section,__TEXT,__objc_methtype,__RODATA,__objc_methtype
-Wl,-rename_section,__TEXT,__objc_methname,__RODATA,__objc_methname
-Wl,-rename_section,__TEXT,__cstring,__RODATA,__cstring
-Wl,-rename_section,__TEXT,__const,__RODATA,__const
- 通过分析
__DATA,__objc_selrefs和-__DATA,__objc_classrefs扫描无语类和方法等。
