4、iOS强化 --- 链接与符号（Symbol）

首先我们来认识一下什么是链接：

• 链接的本质就是把一个或多个目标文件和需要的库（静态库/动态库，如果需要的话）组合成一个文件（Mach-O可执行文件）
  通常.o文件被我们称之为目标文件。
  下面我们来看一下目标文件的生成过程：

image.png

• 这里大家要注意一下：
  在生成目标文件的过程中
  1、链接器 (llvm-ld) 并没有被执行。
  2、目标文件不会包含Unix程序在被装载和执行时所必须的包含信息。
  那么上面这句话究竟是什么意思呢？
  接下来我们来探索一下：
  首先我们在Mach-O 文件这篇文章里面已经简单了解了Mach-o文件的格式，这里我们再来加深一下印象，这里我们将通过终端打印一下Mach-o的一些相关信息。
  1、首相我们建立一个命令行工程test，在工程中引入一个脚本脚本地址，配置如下：
  
  image.png

2、创建我们自己的xcconfig文件（这一步有不明白的同学可以阅读Xcode 多环境的配置这一批文章）
3、在xcconfig文件中输入脚本要用的一些参数（注意：1、这里不是shell指令，是Key-Value的形式，2、此时我们还没有写任何代码）

脚本中需要输入两个变量：
CMD : 指令
和
TTY：指定的终端（可以终端输入tty，会打印当前终端的信息）

同时我们还需要知道当前Mach-O的地址：

MACH_PATH=${BUILD_DIR}/$(CONFIGURATION)$(EFFECTIVE_PLATFORM_NAME)/${PRODUCT_NAME}

• MACH_PATH：我们自己定义的变量，用来存储Mach-O的地址
• ${BUILD_DIR}：当前编译的路径
• $(CONFIGURATION)：构建产品的目录
• $(EFFECTIVE_PLATFORM_NAME)：Mach-O所在的目录
• ${PRODUCT_NAME}：项目名称，也就是Mach-O的名称

① 首先我们打印一下Mach header

// 查看mach-header
CMD = objdump --macho -private-header ${MACH_PATH}

image.png

这里大家可以看到Mach header的一些原始的信息。
② 接下来我们查看一下Mach-o里面的__TEXT段（因为：main函数被编译之后会放到__TEXT段的）

image.png

可以看到显示的__TEXT段、__text section的机器指令(如：55)，后面跟着的汇编代码是给开发者看的。
在底层会有一个类似与字典的东西，会将汇编指令和机器码一一对应起来
下面我们在main.m文件中添加一些代码，在来看一下__TEXT段（代码段）：

/// 全局变量
int global_uninit_value;

int global_init_value = 10;
//__attribute__关键字主要是用来在函数或数据声明中设置其属性。给函数赋予属性的主要目的在于让编译器进行优化。
double defaule_x __attribute__((visibility("hidden")));
/// 静态变量 -》本地符号
static int static_uninit_value;

int main(int argc, const char * argv[]) {
    static_uninit_value = 10;
    NSLog(@"%d", static_uninit_value);
    return 0;
}

image.png

我们会发现__TEXT段多了很多东西。
可以看到NSLog直接就变成了callq 0x100003f90指令，一个有明确地址的指令。

• 其实在编译生成.o文件的过程中是做了这样一件事情：
  1、能变成汇编的，尽量变成机器码
  2、符号归类(比如：数据放到数据段，等等)；再比如NSLog，在生成目标文件的时候，我们并不知道它的地址，这个时候就要将它临时发到一个地方。将符号归类之后，放到重定位符号表里面。

• 为什么要放到重定位符号表里面呢？
  1、因为在生成.o文件的时候，整个的地址并没有虚拟化（虚拟内存的地址）
  2、在生成.o的过程中，我们链接的符号，一些我们知道它的位置（如：global_init_value，因为在同一个Mach-o中，我们可以通过偏移地址直接取到符号）；但是有一些导入符号我们是不知道的（如：NSLog）
  也就是说：重定位符号表里面放的就是.o文件里面用到的API，没有用到的就不在这里面。
  既然重定位符号表是这样的，那么我们也就可以通过检查.o文件里面的重定位符号表来查看文件里面对某种API的使用情况。

• 接下来.o会进入链接过程，处理我们编译的情况；会把生成的多个.o文件合并成一个，这也就意味着，大家的符号表（包括重定位符号表）都会被合并到一张表中。

• 最后生成可执行文件（exec）

• 因此我们说的链接，就是在处理.o文件中符号的过程

全局符号与本地符号

结合上面的代码：

• 全局符号：int global_uninit_value;
  全局符号对整个项目可见，对使用它的项目也是可见的
• 本地符号：static int static_uninit_value;
  本地符号只对定义它的文件可见

接下来我们来查看一下符号表：

// 查看符号表
CMD = objdump --syms ${MACH_PATH}

image.png

上图中有一点不同，不知道大家注意到没有：
defaule_x这个符号我们定义的是一个全局符号，但是最终它是一个本地符号，这是为什么呢？
因为我们是这样写的：

double defaule_x __attribute__((visibility("hidden")));

这里我们就要引入visibility属性：

// visibility属性，控制文件导出符号，限制符号可见性
/**
    -fvisibility：clang参数
    default：用它定义的符号将被导出。
    hidden：用它定义的符号将不被导出。
 */
// 隐藏 -> 本地
int hidden_y __attribute__((visibility("hidden"))) = 99;
// 符号
double default_y __attribute__((visibility("default"))) = 100;

这里说明一下，我们在开发中经常会遇到被Apple遗弃的方法，会有一条黄线的警告，其实也是用了这个属性。

导入符号 & 导出符号

还是上面的代码，我们用到了NSLog（它存在于Foundation动态库中）；那么对于我们自己的可执行文件NSLog就是导入符号；对于Foundation动态库NSLog就是导出符号。
这也就意味着导出符号是全局符号。
下面我们打印一下导出符号：

// 查看导出符号
CMD = objdump --macho --exports-trie ${MACH_PATH}

image.png

可以看到正好对应的是我们设置的全局变量。
在日常开发中我们要注意：当我们把变量设置成全局变量的时候，也就意味着会被默认设置成导出符号。

• 这里我们补充一下，间接符号表里面保存着，我们当前可执行文件使用的其他的动态库里面的导出符号
  下面我们来打印一下间接符号表：

// 查看间接符号表
CMD = objdump --macho --indirect-symbols ${MACH_PATH}

image.png

• 这里就有一个问题了，在我们在strip符号剥离的时候，间接符号表里面的面的符号是我们不能剥离的，那我们反过来向上推，也就意味着我们在写自己的OC的动态库的时候没办法剥离我们没有暴露的符号。这里跟大家讲一下，OC默认的符号都是全局符号，而全局符号又是导出符号，我们来验证一下：
  
  image.png
  
  
  image.png
  
  接着我们来打印一下导出符号

// 查看导出符号
CMD = objdump --macho --exports-trie ${MACH_PATH}

image.png

• 不导出符号

OTHER_LDFLAGS=$(inherited) -Xlinker -unexported_symbol -Xlinker _OBJC_METACLASS_$_YSOneObject

image .png

我们成功的将符号_OBJC_METACLASS_$_YSOneObject设置成非导出符号
这样我们就可以对齐进行符号剥离，进一步减少动态库的体积；同时外界也就看不到我们的符号了。
⚠️ 开发中我们也不必一个一个的去将符号设置成不导出，我们可以指定一个文件来设置符号的导出属性，使用-unexported_symbol_list这个指令

• 我们还可以查看我们使用的所有的符号，并写入到相应的文件中：

OTHER_LDFLAGS=$(inherited) -Xlinker -S -Xlinker -map -Xlinker /Users/aaron/Desktop/test-02/Source.text

image.png

弱符号（Weak Symbol）

弱符号分为：

• Weak Reference Symbol(弱引用符号)：表示此未定义符号是弱引用。如果动态连接器找不到该符号的定义，则将其设置为0。链接器会将此符号设置弱链接标志。
• Weak defintion 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。

那么怎么理解上面的两句话呢？
首先我们来看在代码中怎么写：

// 弱引用
void weak_import_function(void) __attribute__((weak_import));

// 弱定义
// weak def
void weak_function(void)  __attribute__((weak));
// weak 本地符号
void weak_hidden_function(void) __attribute__((weak, visibility("hidden")));

首先我们来看一下：

• Weak defintion Symbol(弱定义符号)
  其中weak_function为全局弱定义符号；weak_hidden_function为本地弱定义符号。
  接着我们查看一下到处符号表：

CMD = objdump --macho --exports-trie ${MACH_PATH}

image.png

可以看到弱定义并不影响其作为导出符号。
接着我们在其他地方在定义一个名字相同的全军符号，如下：

image.png

我们会发现，工程并不会报错。运行起来也没有问题，这正式我们上面说的：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。

接下来我们再看一下：

• Weak Reference Symbol(弱引用符号)
  首先我们只声明，不实现：

void weak_import_function(void) __attribute__((weak_import));

同样的查看导出符号表：

image.png

我们会发现导出符号表里面并没有该符号。
接下来我们实现以下该函数：

void weak_import_function(void) {
    NSLog(@"weak_import_function");
}

然后再查看一下导出符号表:

image.png

这也就是当动态链接器找不到它的定义，则将其定义为0，也就不会出现在导出符号表里面了。

• 既然是这样，那我们只声明，不定义该符号。通过判断的符号是否为0，去做一些事情呢？

if (weak_import_function) {
        weak_import_function();
        
        /**
         一些其他的业务
         */
    }

我们cmd + B会发现，工程报错：

image.png

也就是说说在链接的过程中，链接器找不到这个符号（不知道符号具体在哪个地方）。

这个时候我们可以告诉链接器，不要管这个符号，即使是未定义的也不要管，我这个符号是动态链接的，到时候会自己找到这个符号。那么我们可以通过下面的指令来达到这个目的：

OTHER_LDFLAGS=$(inherited) -Xlinker -U -Xlinker _weak_import_function

重新导出符号

举一个例子：
我们上面的代码在mian.m文件中用到的NSLog这个函数。然而NSLog对于当前工程来说是一个未定义符号

image.png

那么此时，我们如果想要使用我们这个库的工程，也能够使用NSLog，此时我们就需要将NSLog以别名的形式从新导出。
⚠️ 这里要注意：只能给间接符号表中的符号起别名。

OTHER_LDFLAGS=$(inherited) -Xlinker -alias -Xlinker _NSLog -Xlinker YS_NSLog

我们再来查看一下导出符号表：

image.png

可以看得到YS_NSLog作为导出符号，并且被标记为re-export

Swift 符号

首先我们在swift文件中定义一些结构体、方法。

struct YSSwiftStructSymbol {
    func testSwiftStructSymbol(o: Int) {}
}

private protocol YSSwiftProtocolSymbol: class {
    func testSwiftProtocolSymbol()
}

private class YSSwiftClassSymbol {
    func testSwiftSymbol() {}
}

接着我们查看一下现在的符号表：

// 查看符号表
CMD = objdump --syms ${MACH_PATH}

image.png

会发现这里面多了很多的符号。
那么我们来定向查找swift产生的符号：

CMD = objdump --syms ${MACH_PATH} | grep "SwiftClass"

image.png

这样就少了很多，并且全部都是本地符号。下面我们修改一下swift中方法的权限：

public class YSSwiftClassSymbol {
    func testSwiftSymbol() {}
}

再来查看一下swift符号:

image.png

可以看到有一些符号已经变成了全局符号

总结：Swift是一门静态语言，跟OC不一样。Swift在编译的时候就能确定符号的类别。