揭秘iOS底层——类的加载

2023-11-26 08:43:05

前言

在上一篇文章《iOS底层探究——类的加载（上）》中，我们分析了代码是如何通过编译生成Mach-O可执行文件，以及如何通过dyld链接进入内存的。那么，iOS系统是如何将Mach-O文件中的代码转化为可执行指令的呢？本篇文章将深入底层，分析read_images函数的实现，揭秘iOS系统是如何加载并执行Objective-C和Swift代码的。

read_images函数解析

read_images函数是iOS系统中用于加载Mach-O文件的核心函数，它位于dyld库中。该函数的作用是将Mach-O文件中的代码和数据加载到内存中，并将其映射到进程的虚拟地址空间。read_images函数的实现非常复杂，涉及到内存管理、代码执行等多个方面。

首先，read_images函数会先检查Mach-O文件的有效性，包括文件的签名、版本信息等。如果文件无效，则会抛出异常并终止加载过程。

接下来，read_images函数会为Mach-O文件分配内存空间。该内存空间的大小由Mach-O文件的加载命令决定。加载命令指定了Mach-O文件的各个段（segment）的起始地址和大小。

内存空间分配完成后，read_images函数会将Mach-O文件中的代码和数据复制到内存中。复制过程是通过mmap函数实现的。mmap函数可以将文件中的内容直接映射到进程的虚拟地址空间，而无需先将文件内容复制到内核空间。

代码和数据复制到内存后，read_images函数会将Mach-O文件的符号表加载到内存中。符号表包含了Mach-O文件中所有符号的地址和名称。符号表对于Objective-C和Swift代码的执行非常重要，因为Objective-C和Swift代码中经常会用到符号来引用其他类或函数。

符号表加载完成后，read_images函数会将Mach-O文件的重定位表加载到内存中。重定位表包含了Mach-O文件中所有需要重定位的地址。重定位是指将代码或数据中的地址更新为正确的地址。重定位过程是通过relocate函数实现的。relocate函数会遍历重定位表，并将每个需要重定位的地址更新为正确的地址。

重定位完成后，read_images函数会将Mach-O文件的入口点加载到内存中。入口点是Mach-O文件中的第一个可执行指令的地址。入口点加载完成后，read_images函数会将控制权交给入口点，从而开始执行Mach-O文件中的代码。

类的加载过程

Objective-C和Swift代码的加载过程与Mach-O文件的加载过程类似。Objective-C和Swift代码首先会被编译成Mach-O文件，然后通过read_images函数加载到内存中。

Objective-C和Swift代码的执行过程也与Mach-O文件的执行过程类似。Objective-C和Swift代码的入口点都是Mach-O文件的入口点。当控制权交给入口点后，Objective-C和Swift代码就开始执行。

Objective-C和Swift代码的执行过程中，经常会调用其他类或函数。这些类或函数可能位于同一个Mach-O文件中，也可能位于其他Mach-O文件中。当调用位于其他Mach-O文件中的类或函数时，需要先将这些Mach-O文件加载到内存中。Mach-O文件的加载过程与本文前面介绍的Mach-O文件的加载过程类似。