《iOS底层原理文章汇总》
关于CPU的补充
寄存器
CPU除了有控制器、运算器还有寄存器。其中寄存器的作用就是进行数据的临时存储。
CPU的运算速度是非常快的，为了性能CPU在内部开辟一小块临时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块临时存储区域中，运算时就在这一小快临时存储区域内进行。我们称这一小块临时存储区域为寄存器。
对于arm64系的CPU来说， 如果寄存器以x开头则表明的是一个64位的寄存器，如果以w开头则表明是一个32位的寄存器，在系统中没有提供16位和8位的寄存器供访问和使用。其中32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。
高速缓存
iPhoneX上搭载的ARM处理器A11它的1级缓存的容量是64KB，2级缓存的容量8M.
CPU每执行一条指令前都需要从内存中将指令读取到CPU内并执行。而寄存器的运行速度相比内存读写要快很多,为了性能,CPU还集成了一个高速缓存存储区域.当程序在运行时，先将要执行的指令代码以及数据复制到高速缓存中去(由操作系统完成).CPU直接从高速缓存依次读取指令来执行.
寄存器的补充
数据地址寄存器
数据地址寄存器通常用来做数据计算的临时存储、做累加、计数、地址保存等功能。定义这些寄存器的作用主要是用于在CPU指令中保存操作数，在CPU中当做一些常规变量来使用。
ARM64中
- 64位: X0-X30, XZR(零寄存器)
- 32位: W0-W30, WZR(零寄存器)
注意:
之前讲解8086汇编中有一种特殊的寄存器段寄存器:CS,DS,SS,ES四个寄存器来保存这些段的基地址,这个属于Intel架构CPU中.在ARM中并没有
浮点和向量寄存器
因为浮点数的存储以及其运算的特殊性,CPU中专门提供浮点数寄存器来处理浮点数
- 浮点寄存器 64位: D0 - D31 32位: S0 - S31
现在的CPU支持向量运算.(向量运算在图形处理相关的领域用得非常的多)为了支持向量计算系统了也提供了众多的向量寄存器.
- 向量寄存器 128位:V0-V31
栈
-
栈：是一种具有特殊的访问方式的存储空间（后进先出， Last In Out First，LIFO）
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SP和FP寄存器
- sp寄存器在任意时刻会保存我们栈顶的地址.
- fp寄存器也称为x29寄存器属于通用寄存器,但是在某些时刻我们利用它保存栈底的地址!
注意:ARM64开始,取消32位的 LDM,STM,PUSH,POP指令! 取而代之的是ldr\ldp str\stp
ARM64里面 对栈的操作是16字节对齐的!!
函数调用栈
常见的函数调用开辟和恢复的栈空间
sub sp, sp, #0x40 ; 拉伸0x40（64字节）空间
stp x29, x30, [sp, #0x30] ;x29\x30 寄存器入栈保护
add x29, sp, #0x30 ; x29指向栈帧的底部
...
ldp x29, x30, [sp, #0x30] ;恢复x29/x30 寄存器的值
add sp, sp, #0x40 ; 栈平衡
ret
关于内存读写指令
注意:读/写 数据是都是往高地址读/写
str(store register)指令
将数据从寄存器中读出来,存到内存中.
ldr(load register)指令
将数据从内存中读出来,存到寄存器中
此ldr 和 str 的变种ldp 和 stp 还可以操作2个寄存器.
[]中括号中的内容代表寻址
1.开辟32字节内存空间
2.从寄存器中读取x0和x1的值存放到sp+0x10的栈地址空间中，两个8字节正好是16字节
3.从sp+0x10的栈地址内存中读取值存放到x1和x0中，正好进行了x0和x1的值的交换
4.返回ViewDidLoad函数中
变化的是寄存器x0和x1里面的内容，没有变化的是sp寄存器里面的内容，和内存中的内容，sp相当于一个标记指针
此时此刻栈空间并没有平衡，有32个字节没有回收，你的世界少了32个字节
sp往上平移32个字节，释放申请的32个字节的内存空间，保持栈平衡
关于虚拟内存的一张图
栈(stack),堆区(head),全局区/静态区(未初始化),全局区/静态区(已经初始化过的),常量，代码区
Mach-O文件:全局区/静态区(未初始化),全局区/静态区(已经初始化过的),常量，代码区
栈区和堆区是在代码不断执行过程中去开辟的，栈是从高地址往低地址减，栈顶有专门的sp去记录，堆是低地址往高地址加
死循环会不会崩溃:
1.没有开辟内存空间，一直执行，程序不会崩溃
2.有开辟内存空间,会一直申请开辟内存空间，sp一直减，此时程序会堆栈溢出stack overflow，即堆和栈碰头了，地址空间用完了
堆栈操作练习
使用32个字节空间作为这段程序的栈空间,然后利用栈将x0和x1的值进行交换.
sub sp, sp, #0x20 ;拉伸栈空间32个字节
stp x0, x1, [sp, #0x10] ;sp往上加16个字节,存放x0 和 x1
ldp x1, x0, [sp, #0x10] ;将sp偏移16个字节的值取出来,放入x1 和 x0
bl和ret指令
bl标号
- 将下一条指令的地址放入lr(x30)寄存器
- 转到标号处执行指令
ret
- 默认使用lr(x30)寄存器的值,通过底层指令提示CPU此处作为下条指令地址!
ARM64平台的特色指令,它面向硬件做了优化处理的
x30寄存器
x30寄存器存放的是函数的返回地址.当ret指令执行时刻,会寻找x30寄存器保存的地址值!
注意:在函数嵌套调用的时候.需要将x30入栈!
调试汇编代码:从ViewDidLoad方法中跳入B之后,lr寄存器中存放回到ViewDidLoad方法的吓一跳指令的值
从方法A跳入B,lr的值发生改变，lr存放A中bl跳转前的吓一跳指令的地址，便于B中ret后能回到A中，ret只会看lr
PC寄存器:是指接下来要执行的内存地址
ret:让CPU将lr作为接下来要执行的内存地址，会把lr里面的值赋值给pc,ret改变pc，bl改变pc和lr
从A中跳转到B中后，ret让CPU从B中回到A中的mov x0,#0xaaaa指令
回到A中后，lr的值仍旧为A中跳入B中之前的指令mov x0,#xaaaa的内存地址，此时执行ret时会进入循环进入mov x0,#0xaaaa,此时死循环了，
此时要想回到ViewDidLoad方法呢？该如何操作
保护lr寄存器回家的路:保存lr的值到其他的寄存器中不安全，因为其他的寄存器在接下来函数的调用中有可能被占用导致修改
通过bt可以发现,堆栈中存在很多函数嵌套调用,若用寄存器存lr的值，极有可能被覆盖，此时我们想到用自己的栈来保存lr的值
首先查看系统在处理嵌套调用时，是怎么保存回家的路lr的值的
1.stp x29, x30, [sp, #-0x10]!:将x29(fp),x30(lr)两个寄存器的值读取出来存到新开辟的16字节内存空间sp-0x10中，寄存器是64位8字节，正好两个寄存器保存的内存地址内容大小为8字节，！表示将[sp,#-0x10]算出来的值赋值给sp
2.ldp x29, x30, [sp], #0x10:从sp寄存器开始的位置读取两个8字节的内容分别赋值给x29和x30寄存器，并将sp寄存器的地址指向sp+#0x16，即回收地址，保持栈平衡
3.mov x29, sp:x29保存sp的值，x29和sp指向栈顶，也是栈底，即栈顶和栈底是同一片区域
进入d函数之前lr的值为回到c函数的bl指令的下一条指令的地址
回到c函数之后执行ldp x29, x30, [sp], #0x10,则lr的地址为从ViewDidLoad中进入c函数之前保存的lr的值，回到ViewDidLoad中方法的回家的路，进入c函数之后ret之后的下一条指令的地址
ret之后回到ViewDidLoad中
因此我们可以改写汇编代码保存x30的值
从B函数返回后，x0的值变化为0xbbbb,从栈内存中取进入A函数之开始位置时保存的lr的值
此时从A函数中执行ret执行，CPU能找到回家的路，回到ViewDidLoad方法中进入A函数之后的下一条指令
回到ViedDidLoad中的进入A之后的下一条指令ldp x29, x30, [sp, #0x20]
可以有另外一种简写形式，中括号中的内容代表从这儿开始寻址
str x30,[sp,#-0x8]!最后面的!不能丢
lr(x30)寄存器是64位8字节，若存储x30时，在栈内存中开辟8字节内存，是否可行呢？
sp栈里面的操作必须是16字节对齐，否则会导致崩溃
函数的参数和返回值
ARM64下,函数的参数是存放在X0到X7(W0到W7)这8个寄存器里面的.如果超过8个参数,就会入栈.
函数的返回值是放在X0 寄存器里面的.
1.查看系统怎么处理参数和返回值
返回值存放x0中
w0存放10在新开辟的16个字节栈空间的第12个字节往后的4个字节，因为是int型
w1存放20在新开辟的16个字节栈空间的第8个字节往后的位置
将w8+w9的值存放在w0中并返回，栈内存空间回收
2.自己实现汇编参数和返回值
x0为返回值
3.若传入多个参数参数呢，超过八个呢？汇编是如何实现的，且看下篇博客分析
函数的局部变量
函数的局部变量放在栈里面!