Mach-O的符号与链接

Mach-O符号表

点击了解更多关于Mach-O。

Symbol Table 符号表，符号名称和地址
String Table 符号名称
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。Symbol Table的子集。

常用命令

查看符号：objdump --macho -t (mach-o文件)；
nm -m (mach-o文件)；objdump --macho --syms (mach-o文件)。
恢复符号号：./restore-symbol /Users/lenny/Desktop/CompileTest -o symbolDemo.symbol。
查看文件： file。
查看mach-header： objdump --macho -private-header (mach-o文件)。
查看 __TEXT: objdump --macho -d (mach-o文件)。
查看导出符号：objdump --macho --exports-trie (mach-o文件)。
查看间接符号表：objdump --macho --indirect-symbols (mach-o文件)。
``

符号分类

Mach-O文件中的符号 = 全局（给别人用） + 本地（自用）+ 间接符号（别人的动态库）。将全局符号导出给其他文件访问的符号叫导出符号，使用其他Mach-O文件导出符号叫导入符号，比如间接符号。此外还可以分为弱符号和非弱符号。以下将一一讲解。

全局符号（Global Symbol）

允许全局访问的符号，默认情况下其他文件是可以访问的。通过objdump --macho --syms 命令可以查看全局符号，比如（"g"标记的表示全局（global）符号）：

全局符号.jpg

本地符号（Local Symbol）

只允许内部文件访问的符号，比如下面的demo，用static 声明的静态变量，通过objdump --macho --syms 命令查看编译后的Mach-O文件（本地符号的标记是"l"）：

本地符号.png

间接符号（Indirect Symbol）

本文件使用的外部符号，也就是使用的外部动态库的符号。Mach-O文件的间接符号可以通过objdump --macho --indirect-symbols命令进行查看，示例如下：

间接符号.jpg

导出符号

导出符号是Mach-O文件提供外部文件访问的符号。默认情况下全局符号一般都是导出符号，但是有时候可以通过链接器来控制导出符号。通过命令objdump --macho --exports-trie可以查看导出符号，比如：

隐藏全局符号.jpg

• 过滤掉不需要的导出符号
  有一些符号我们不希望导出提供外部访问，比如下面我们自定义的一个OC类：

#import "MyObject.h"

@interface MyObject : NSObject

- (void)doSomething;
@end

@implementation MyObject

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

查看导出符号：

OC导出符号.jpg

假设我们不希望MyObject被导出，可以通过Other linker flags配置如下过滤MyObject的符号：

-Xlinker -unexported_symbol -Xlinker _OBJC_CLASS_$_MyObject 
-Xlinker -unexported_symbol -Xlinker _OBJC_METACLASS_$_MyObject

通过命令objdump --macho --exports-trie查看导出符号：

过滤导出符号.jpg

已经没有MyObject的符号。
作用：优化包体积大小。

导入符号

导入的外部符号，也就是导入外部动态的符号。就比如间接符号表的符号，实际上就是当前Mach-O文件导入其他文件的符号。

弱符号（Weak Symbol）

弱符号（Weak Symbol）又分为弱引用符号（Weak Reference Symbol ）和弱定义符号（Weak Defined Symbol）。

• 弱定义符号
  表示此符号为弱定义符号。如果静态链接器或动态链接器为此符号找到另一个（非弱）定义，则弱定义将被忽略。只能将合并部分中的符号标记为弱定义。
  
  弱定义符号.jpg
  
  如果静态链接器或动态链接器为此符号找到另一个（非弱）定义，则弱定义将被忽略，比如下面demo中，在main.m中定义一个弱定义变量weak_def_variable，在MyObject.h中定义一个相同名称非弱定义变量，在mian函数中打印这个变量：

// 非弱定义符号
int weak_def_variable = 20;

@interface MyObject : NSObject

- (void)doSomething;
@end
NS_ASSUM

// 弱定义符号
int weak_def_variable __attribute__((weak)) = 10;
int main(int argc, char *argv[]) {
    NSLog(@"%d", weak_def_variable);
  return 0;
}

打印结果是20。这里表示weak_def_variable使用的是MyObject.h里的定义。

弱定义符号也是可以隐藏的，比如：

// 隐藏弱定义符号
void weak_hidden_function(void) __attribute__((weak, visibility("hidden")));

这样它就不会出现在导出符号表中。

• 弱引用符号
  表示此未定义符号是弱引用。如果动态链接器找不到该符号的定义，则将其置为0，链接器会将此符号设置为弱连接标志。
  比如下面的弱引用方法weak_reference_function，只有声明，没有定义：

// 弱引用
void weak_reference_function(void) __attribute__((weak_import));
int main(int argc, char *argv[]) {
    
//    NSLog(@"%d", weak_def_variable);
    if(weak_reference_function){
        weak_reference_function();
    }
  return 0;
}

在Other Linker Flags 加入：

-Xlinker -U -Xlinker _weak_reference_function

这个告诉链接器weak_reference_function为未定义符号，只在运行时使用。这时候的weak_reference_function被连接器置为0，所以访问时没有报错。
弱引用读好的可以单个指定，也可以将整个动态库的导出符号全部制定为弱引用，这样即使存在未定义的符号也不会报错，有运行时处理（慎用，有风险）。

未定义符号（undefined）

未定义符号一般是在编译时无法确定它的定义符号。当dyld加载动态库时会根据undefined的符号加载对应的动态库。加载后，将未定义的符号绑定到动态库里对应的地址上。以下"UND"标记的是未定义符号：

未定义符号.jpeg

Swift符号

Swift是静态语言，其符号跟OC不一样，当然它也有全局和本地符号之分，比如下面的demo，定义了一个public类和private类：

public class SwiftPublicClass{

    func testFunc() { 
    }
}

private class SwiftPrivateClass {
   
    func testFunc() {
    }
}

通过objdump --macho --syms命令查看Swift符号：

swift符号.jpeg

可以看出Swift代码的符号比OC多得多。

符号剥除（Strip）

动态库：对于动态库来说，全局符号不能剥除掉，因为它是给外部文件访问的；
静态库：对于静态库，它是.o文件和重定位符号表的合集。重定位符号符号不能剥除；
app：对于app来说除了间接符号表（访问其他动态库的符号表）不能剥除，其他如全局符号和本地符号都可以剥除以优化app的体积。
dead_code_stripping:连接器去除无用代码。剥除本地符号以及未使用的符号；
strip_style:

Debugging Symbols 剥除调试符号
Non-Global Symbols 保留全局符号（动态库）
All Symbols 剥除所有符号（除了间接符号，app）

问题：就符号来说，使用静态库体积和动态体积谁会比较小？
答：静态库。因为静态库直接编译连接到app中，除了间接符号都可剥除，而动态库不行。

符号冲突

动态库：动态库使用的是二维命名空间，符号调用先找库再找符号，所以没有符号冲突。
静态库：

1、没有调用的符号，静态库不会连接。
2、链接器在找到符号之后就不会再链接相同的符号了。
3、对OC来说，连接的最小单位是类。
4、ObjC告诉编译器添加（链接）所有的分类，解决冲突使用（-force_load 库路径），force_load表示在库重复时优先链接指定路径的库。

链接

Mach-O文件在编译时会生成相应的符号，链接是处理目标文件（.o文件）的过程。多个目标文件合并到到一起，多张表合并到一张表中。链接是根据符号表链接；LLVM是编译器工具链的一个集合：先对每个文件进行编译生成Mach-O(可执行文件)；连接器会将多个Mach-O文件合并成一个。

连接器做了什么？

（1）去项目文件里查找目标代码文件里没有定义的变量；
（2）扫描项目中的不同文件，将所有符号定义和引用地址收集起来；
（3）计算合并后长度和位置，生成同类型的段并进行合并，建立绑定；
（4）对项目中不同文件里的变量进行重定位。

动态链接库和静态链接库

静态链接库是编译时链接的库，需要链接进你的Mach-O文件里，如果需要更新就要重新编译一次，无法动态加载和更新。
动态链接库是运行时进行链接的库，使用dyld实现动态加载。使用dyld加载动态库的两种方式：程序加载时绑定和符号第一次被用到时绑定。dyld做了什么事：

（1）先执行Mach-O文件，根据Mach-O文件里的undefined的符号加载对应的动态库，系统会设置一个共享缓存来解决加载的递归依赖问题。
（2）加载后，将undefined的符号绑定到动态库里对应的地址上；
（3）最后再处理+load方法，main函数返回后运行static terminator。

注：运行时通过dlopen和dlsym导入动态库时，先根据记录的路径找到对应的库，再通过符号名称在符号表找到绑定的地址。dlopen打开动态库后返回的是引用的指针，dlsym的作用就是通过dlopen返回的动态库指针和函数符号，得到函数的地址然后使用。