1 什么是MachO文件

Mach-O其实就是Mach Object文件格式的缩写，是Mac以及iOS上可执行文件的格式，类似于Windows上的PE格式（Portable Exectable）、linux上的elf格式（executable and Linking Format）。
MachO是一种可执行文件、目标代码以及动态库等类型文件的格式。作为a.out格式的替代，Mach-O提供了更强的扩展性。
属于MachO格式的常见文件：

目标文件.o
库文件[.a(静态库) .dylib(动态库) framework]
可执行文件
dyld
.dsym
可以通过File指令来查看文件的类型
file指令使用格式：file 文件路径

2 查看各种MachO文件的信息

2.1查看一个.c文件生成的可执行文件的信息

打开XCode使用快捷键command+N创建一个名为test的c文件，文件内容如下所示：

#include 

int main() {
    printf("test\n");
    
    return 0;
}

打开终端将这个.c文件使用clang命令编译为.o文件

再通过file指令查看编译之后生成的.o文件的信息

可以看到这个test.o文件是一个MachO格式，架构是x86_64的64位的object文件，架构是x86_64表示只有英特尔芯片的Mac电脑能读取这个文件。
再使用clang命令将这个.o文件链接成为可执行文件

使用file命令查看a.out文件的信息

image.png

可以看到这个a.out文件是一个MachO格式，架构是x86_64的64位的可执行文件，架构是x86_64表示只有英特尔芯片的Mac电脑能读取这个文件。
也可以直接将.c文件通过使用clang命令直接编译链接成为可执行文件，如下图所示：

还可以直接将.o文件通过使用clang命令直接链接成为可执行文件，如下图所示：

现在所生成的a.out、test以及test2文件是不是一样的呢？我们通过md5命令来查看这三个文件的hash值是否一致。

通过hash值对比我们可以得知这三个文件是一样的。因为这三个文件的源码文件test.c是一样的，clang编译时的编译方式是一样的，所有生成的可执行文件是一样的。

2.2 查看两个.c文件生成的可执行文件的信息

创建一个test.c文件，文件内容为:

#include 

void test2();

int main() {
    printf("test\n");
    
    return 0;
}

创建一个test2.c文件，文件内容为:

#include 

void test2() {
    printf("test2\n");
}

使用clang命令将两个.c文件（test.c在前）进行编译以及链接生成一个test可执行文件，文件信息如下：

使用clang命令将两个.c文件（test2.c在前）进行编译以及链接生成一个test可执行文件，文件信息如下：

再来看看生成的两个执行文件是否一样。

我们可以看到这两个可执行文件的hash值是不一样的，但使用的确是两个相同的.c文件编译链接而成的，这是为什么呢？
因为可执行文件实际上是多个.o文件的集合，链接时候的这些.o文件的顺序不一样，所生成的可执行文件的内容就不一样。
我们可以使用objdump命令来查看以下这两个执行文件的内容：

可执行文件test文件内容

可执行文件test2文件内容

就如同你在项目中改变.m文件的编译顺序，所生成的可执行文件的内容也是不一样的，如下图所示：

2.3 查看.a文件的信息

使用find命令在/usr目录下查找.a文件
find命令使用格式：find 文件路径 -name 文件名

查看.a文件的信息

2.4 查看.dylib文件的信息

image.png

2.5 查看dyld文件的信息

由上图我们得知dyld实际上是一个动态链接器（dynamic linker），它不是一个可执行文件，是一个通用二进制文件，当启动系统的时候，系统内核会触发这个文件。

2.6 查看dSYM文件的信息

将项目工程的iOS版本改到13.1以下，并且当前环境设置为release模式，编译之后

可以看到这个是一个Macho-O类型的arm64架构下64位的dSYM手册文件。

3 通用二进制（Universal binary）

苹果公司提出的一种程序代码，能同时适用多种架构的二进制文件。
同一个程序包中同时为多种架构提供最理想的性能。
因为需要存储多种代码，通用二进制应用程序通常比单一平台二进制的程序要大
由于执行中只调用一部分代码，运行起来也不需要额外的内存。
iOS11以上的系统只支持64位以上的架构

3.1iOS11版本以上可执行文件的架构

iOS11版本以上可执行文件的架构

3.2 iOS11版本以下可执行文件的架构

iOS11版本以下可执行文件的架构

3.2 添加armv7s架构并查看iOS11版本以下可执行文件的架构

XCode中设置可执行文件的架构模式

XCode中设置可执行文件的架构

armv7s是生成iPhone5、iPhone 5c都能用的架构

添加架构

编译之后查看可执行文件支持的架构

4 使用lipo命令对MachO文件包含的架构进行合并以及拆分

4.1 使用lipo命令查看MachO文件的架构信息

命令格式：lipo -info MachO文件路径

4.2 使用lipo命令拆分MachO文件的某种架构

命令格式：lipo MachO文件 -thin 架构 -output 输出文件路径

剥离armv7架构

剥离arm64架构

4.3 使用lipo命令合并MachO文件的多种架构

命令格式：lipo -create MachO1 MachO2 -output 输出文件路径

合并arm64以及armv7两种架构

5 MachO文件结构

5.1 MachO文件基本结构

MachO文件结构

如上图所示：Mach-O的组成结构包括了

Header包含了该二进制文件的一般信息（字节顺序、结构类型、加载指令的数量等，使得可以快速确认一些信息，比如当前文件用于32位还是64位，对应的处理器是什么，文件类型是什么）
Load commands是一张包含了很多内容的表（内容包括区域的位置、符号表、动态符号表等）
Data是对象文件中最大的部分（包含Segement的具体数据）

5.1 使用otool命令查看MachO文件结构

5.1.1 使用otool命令查看MachO文件的header信息

命令格式：otool -f MachO文件路径

使用MachOView查看MachO文件信息

对比上下两张图我们可以发现：
cpuType 是12代码arm架构

cpuType 是16777228代表arm64架构
cpusubType为9对应的是arm_v7架构
cpusubType为11对应的是arm_v7s架构
cpusubType为0对应的是arm64架构
Offset代表的是这个类型架构的machO文件在整个MachO中首地址的偏移量，Size代表的是这个类型架构的machO文件大小
各个架构的MachO文件之间的空隙是因为分页原因造成的，mac中是2的12次方（4k）也就是4096，iOS中分页大小是2的14次方（16k）。

mac中分页大小

5.1.2 使用MachOView查看具体架构类型的MachO文件的header信息

/*
 * The 64-bit mach header appears at the very beginning of object files for
 * 64-bit architectures.
 */
struct mach_header_64 {
    uint32_t    magic;      /* mach magic number identifier */
    cpu_type_t  cputype;    /* cpu specifier */
    cpu_subtype_t   cpusubtype; /* machine specifier */
    uint32_t    filetype;   /* type of file */
    uint32_t    ncmds;      /* number of load commands */
    uint32_t    sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
    uint32_t    flags;      /* flags */
    uint32_t    reserved;   /* reserved */
};

fileType类型

#define MH_OBJECT   0x1     /* relocatable object file */
#define MH_EXECUTE  0x2     /* demand paged executable file */
#define MH_FVMLIB   0x3     /* fixed VM shared library file */
#define MH_CORE     0x4     /* core file */
#define MH_PRELOAD  0x5     /* preloaded executable file */
#define MH_DYLIB    0x6     /* dynamically bound shared library */
#define MH_DYLINKER 0x7     /* dynamic link editor */
#define MH_BUNDLE   0x8     /* dynamically bound bundle file */
#define MH_DYLIB_STUB   0x9     /* shared library stub for static
                       linking only, no section contents */
#define MH_DSYM     0xa     /* companion file with only debug
                       sections */
#define MH_KEXT_BUNDLE  0xb     /* x86_64 kexts */
#define MH_FILESET  0xc     /* a file composed of other Mach-Os to
                       be run in the same userspace sharing
                       a single linkedit. */