iOS-开发进阶02:链接与Symbol(上)

iOS 开发进阶 文章汇总

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一、Mach-O与链接器

Mach-O
  • Mach-O(Mach Object)macOS、iOS、 iPadOS存储程序和库的文件格式。对应系统通过应用二进制接口(application binary interface,缩写为ABI)来运行该格式的文件。

  • Mach-O格式用来替代BSD系统的a.out格式。Mach-O文件格式保存了在编译过程链接过程中产生的机器代码数据,从而为静态链接动态链接的代码提供了单一文件格式

Mach-O文件就是一个可读可写二进制文件


可执行文件调用过程:
  1. 调用fork函数,创建一个process进程
  2. 调用execve或其衍生函数,在该进程上加载,执行我们的Mach-O文件

当我们调用时execve (程序加载器),内核实际上在执行以下操作:

  1. 将文件加载到内存
  2. 开始分析Mach-O中的mach header,以确认它是有效的Mach-O文件


通过终端命令查看Mach-O文件:objdump --macho --private-headers 可执行文件地址


通过自己的项目查看Mach-O文件

machoinfo项目是用来查看Mach-O文件的,编译后生成machoinfo的可执行文件可作为命令使用:
拷贝machoinfo可执行文件到桌面


使用machoinfo项目调试Mach-O文件读取过程

通过以下操作将TestCode项目编译的可执行文件路径拖入到machoinfo项目启动参数中,这样TestCode可执行文件路径就会传入到machoinfo项目main函数的argv参数中

main函数中添加断点后运行machoinfo项目就能看到参数传入进来了,然后通过这个路径就能读取到TestCode可执行文件并进行Mach-O文件读取过程


二、符号的种类与作用

Symbol Table
  • Symbol Table:就是用来保存符号。
  • String Table:就是用来保存符号的名称。
  • Indirect Symbol Table:间接符号表。保存使用的外部符号,也就是使用的外部动态库的符号(比如NSLog)。是Symbol Table的子集。

通过编译项目生成可执行文件-->然后在终端使用命令查看Mach-O的中的符号操作比较繁琐,现在通过配置Shell脚本,当项目编译成功后直接在终端执行命令并展示命令的结果。

首先通过重定向在Xcode中让当前终端显示特定内容:

Xcode让终端显示xcconfig文件中的变量:

现在通过xcode_run_cmd.sh脚本执行相关的命令:

#!/bin/sh

RunCommand() {
  #判断全局字符串VERBOSE_SCRIPT_LOGGING是否为空。-n string判断字符串是否非空
  #[[是 bash 程序语言的关键字。用于判断
  if [[ -n "$VERBOSE_SCRIPT_LOGGING" ]]; then
    #作为一个字符串输出所有参数。使用时加引号"$*" 会将所有的参数作为一个整体,以"$1 $2 … $n"的形式输出所有参数
      if [[ -n "$TTY" ]]; then
          echo "♦ $@" 1>$TTY
      else
          echo "♦ $*"
      fi
      echo "------------------------------------------------------------------------------" 1>$TTY
  fi
  #与$*相同。但是使用时加引号,并在引号中返回每个参数。"$@" 会将各个参数分开,以"$1" "$2" … "$n" 的形式输出所有参数
  if [[ -n "$TTY" ]]; then
      echo `$@ &>$TTY`
  else
      "$@"
  fi
  #显示最后命令的退出状态。0表示没有错误,其他任何值表明有错误。
  return $?
}

EchoError() {
    #在shell脚本中,默认情况下,总是有三个文件处于打开状态,标准输入(键盘输入)、标准输出(输出到屏幕)、标准错误(也是输出到屏幕),它们分别对应的文件描述符是0,1,2
    # >  默认为标准输出重定向,与 1> 相同
    # 2>&1  意思是把 标准错误输出 重定向到 标准输出.
    # &>file  意思是把标准输出 和 标准错误输出 都重定向到文件file中
    # 1>&2 将标准输出重定向到标准错误输出。实际上就是打印所有参数已标准错误格式
    if [[ -n "$TTY" ]]; then
        echo "$@" 1>&2>$TTY
    else
        echo "$@" 1>&2
    fi
    
}

RunCMDToTTY() {
    if [[ ! -e "$TTY" ]]; then
        EchoError "=========================================="
        EchoError "ERROR: Not Config tty to output."
        exit -1
    fi
    # CMD:终端需要运行的命令
    # CMD_FLAG:运行的命令的参数
    # TTY:终端标志
    if [[ -n "$CMD" ]]; then
        RunCommand "$CMD" ${CMD_FLAG}
    else
        EchoError "=========================================="
        EchoError "ERROR:Failed to run CMD. THE CMD must not null"
    fi
}

RunCMDToTTY

xcode_run_cmd.sh脚本需需要三个参数CMD 、CMD_FLAG 、TTY,这三个参数在xcconfig文件中定义就能获取到

// -p:不排序
// -a: 显示除了调试符号的其他所有符号
MACHO_PATH = ${BUILD_DIR}/$(CONFIGURATION)$(EFFECTIVE_PLATFORM_NAME)/$(FULL_PRODUCT_NAME)/$(PRODUCT_NAME)
CMD = nm
CMD_FLAG = -pa ${MACHO_PATH}
TTY = /dev/ttys000

添加shell脚本执行命令/bin/sh "$SRCROOT/xcode_run_cmd.sh"并编译即可在终端看到nm命令执行的结果

编译日志

Xcode编译日志中可以看到项目编译后-签名前执行的shell脚本,因此执行shell脚本时Mach-O文件已经生成了


三、strip命令

strip命令可以用来剥离Mach-O文件中的符号,比如调试符号等。strip命令修改的是Symbol Table符号表、不能修改Indirect Symbol Table间接符号表。
Xcode默认会在Release编译情况下剥离所有符号,但是Debug编译情况下不会剥离符号。

设置Debug编译情况下剥离调试符号:

  • 从编译日志中也可以看到,Xcodestrip命令是在shell脚本之后执行的
  • 在实际开发项目中测试Xcodestrip,没有剥离符号的Mach-O大小为34M,剥离符号后大小为20.8M,可见剥离符号对于瘦包还是非常有用的


现在不使用Xcodestrip命令,改在shell脚本中执行strip命令

因为Xcodestrip使用的是clang的命令,shell脚本使用的是ld链接器的命令,所以可以在终端查看ld链接器的参数,终端输入命令man ld回车后输入/-S进行搜索:

xcconfig文件添加ld的参数

OTHER_LDFLAGS = -Xlinker -S

XcodeBuild Sttings中可以看到添加成功了:

编译后可发现终端输出中少了很多调试符号。

strip 参数如下:

  • -x: Non-Global
  • 无参数: All Symbol
  • -S: 调试符号

四、在LLVM项目中调试nm命令

LLVM项目下载安装参考:iOS-底层探索29:自定义Clang插件

填入启动参数和machoinfo项目查看Mach-O文件添加启动参数的方法相同:

运行LLVM项目(也就是运行LLVM项目中llvm-nm Schemellvm-nm Target),控制台打印如下,可以看到和shell中使用nm命令输出到终端的信息相同:

此外在llvm-nm.cpp源码的main函数中添加断点后运行项目即可断点调试llvm-nm命令的源码,从llvm-nm的源码中我们就能看到nm命令是如何读取Mach-O文件的。


五、总结

通过对符号的strip不仅可以减少ipa包体积还可以减少动态库、静态库的体积

ipa包瘦身主要有以下操作:

  • 编译时期:-O0、-Os生成目标文件
  • 链接时期:dead code strip死代码剥离(也是剥离符号)
  • 生成Mach-O后:strip剥离符号,对Mach-O文件进行修改


快捷键

Command + K清空终端显示内容


参考

iOS-底层探索28:LLVM入门

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