05-鏈接器:符號是怎么綁定到地址上的?

一、知識點

1.1編譯器和解釋器

iOS編寫的代碼是使用編譯器將代碼編譯成機器碼,直接在CPU上運行機器碼。像Java是先使用編譯器將代碼編譯成字節碼,再通過解釋器將字節碼解釋為不同平臺的機器碼。

  • 編譯器優點是執行效率高,缺點是調試周期長。
  • 解釋器優點是方便調試,缺點是執行效率低。

1.2 iOS的編譯器

iOS現在的編譯器集合叫做LLVM,其內置編譯器為lld。編譯器將每個文件都編譯成Mach-O(可執行文件),鏈接器將多個Mach-O合并成一個。
編譯的過程:

  • LLVM預處理代碼,比如將宏嵌入到對應的位置。
  • LLVM對代碼進行詞法分析和語法分析,生成AST(抽象語法樹)。AST結構更簡單,遍歷更快,而且可以快速生成IR。
  • 最后AST生成IR(一種更接近于機器碼的語言),IR可以生成多份適合不同平臺的機器碼。對于iOS來說,IR生成的機器碼是Mach-O。

1.3 鏈接器的功能

  • 將變量、函數符號和其地址綁定起來
  • 將多個Mach-O文件合成一個

1.4 動態庫鏈接

靜態庫是編譯時鏈接的庫,會鏈接到Mach-O文件中。動態庫是運行時鏈接的庫,使用dyld實現動態加載。
dyld做了哪些事:

  • 先執行 Mach-O 文件,根據 Mach-O 文件里 undefined符號加載對應的動態庫,系統會設置一個共享緩存來解決遞歸依賴問題。
  • 加載后,將 undefined 的符號綁定到動態庫里對應的地址上。
  • 最后再處理 +load 方法,main 函數返回后運行 static terminator。

二、課后作業

在 App 運行時通過 dlopen 和 dlsym 鏈接加載 bundle 里的動態庫。

實現思路

1.制作一個簡單的包含動態庫的bundle文件
2.在運行時通過dlopen函數打開對應的動態庫可執行文件,通過dlsym函數找到對應符號的函數進行調用。

2.1 如何制作動態庫和bundle文件

這一步就不做過多解釋了,網上很多對應的文章。這里我還是以戴銘老師對應專題里的例子文件來做。Boy.m文件代碼如下:

#import "Boy.h"

@implementation Boy

void mytest(int a) {
    NSLog(@"%s --- parama = %d",__func__,a);
}

- (void)say {
    NSLog(@"%s",__func__);
}

@end

示例工程結構如下圖(其中Test.framework即是Boy文件編譯的動態庫):


工程結構

2.2 運行時加載動態庫

1. 先找到動態庫中可執行文件的路徑

// 包含動態庫的bundle路徑
NSString *bundlePath = [[NSBundle mainBundle] pathForResource:@"dyld" ofType:@"bundle"];
// framework的路徑
NSString *frameworkPath = [[NSBundle bundleWithPath:bundlePath] pathForResource:@"Test" ofType:@"framework"];
// 動態庫中可執行文件的真實路徑
NSString *dyldFilePath = [frameworkPath stringByAppendingString:@"/Test"];

如下圖所示,framework中的Test才是動態庫的可執行文件


動態庫可執行文件

2.打開動態庫

// 以指定模式打開指定的動態鏈接庫文件,并返回一個句柄
// 不同的模式的詳細介紹見dlopen百度百科
void *handle = dlopen([dyldFilePath UTF8String], RTLD_LAZY);
// handle == null 表示打開動態庫失敗,dlerror能獲取到失敗的信息
if (!handle) {
    NSLog(@"dlopen error == %s",dlerror());
}
NSLog(@"dlopen = %s",handle);

3.通過符號找到函數并執行

// 定義函數
void(*pMytest)(int);
// 通過"mytest"符號找到其對應的函數
pMytest = dlsym(handle, "mytest");
// pMytest == null 表示沒有找到符號對應的地址,dlerror能獲取到失敗的信息
if (!pMytest) {
    NSLog(@"dlsym error == %s",dlerror());
}else {
    // 調用函數
    pMytest(5);
}

4.通過runtime調用OC方法

// runtime調用oc方法
[self runtimeCallMethod];
// 可以試試把該方法的調用放到dlopen之前,看看有什么區別
- (void)runtimeCallMethod {
    Class Boy = NSClassFromString(@"Boy");
    id boy = [[Boy alloc] init];
    
    SEL boySaySel = NSSelectorFromString(@"say");
    
    [boy performSelector:boySaySel withObject:nil afterDelay:0];
}

5.控制臺打印結果

2019-05-05 22:20:28.939416+0800 05-加載bundle中的動態庫[95027:7738314] dlopen = \M-`\M-I=\^O\^A
2019-05-05 22:20:28.939622+0800 05-加載bundle中的動態庫[95027:7738314] dlsym = UH\M^I\M-eH\M^C\M-l\^PH\M^M\^E\M-y\^A
2019-05-05 22:20:28.939726+0800 05-加載bundle中的動態庫[95027:7738314] mytest --- parama = 5
2019-05-05 22:20:28.956245+0800 05-加載bundle中的動態庫[95027:7738314] -[Boy say]

已經能成功調用私有動態庫中的C函數和OC方法了。

最后附上完整代碼

更多詳細內容,請移步至戴銘老師的專欄

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