Mach-O 文件：探索 iOS 底层

Mach-O（Mach-O Object）是一种可执行文件格式，用于存储编译后的代码和数据，在 macOS、iOS、watchOS 和 tvOS 等基于 Mach 内核的操作系统中使用。本文将深入探讨 Mach-O 文件，揭开 iOS 底层的神秘面纱。

目标文件

编译器在编译源代码后生成的中间产物被称为目标文件。在 Windows 操作系统中，目标文件通常使用 .obj 扩展名，而在 macOS 和 iOS 中，它们使用 .o 扩展名。目标文件包含编译后的机器码、数据和符号表，这些符号表用于在链接过程中识别和解析外部符号。

Mach-O 文件结构

Mach-O 文件由一个称为 Mach 头的结构开始，该结构包含整个文件的元数据，例如文件类型、加载命令数量和大小。

加载命令是 Mach-O 文件中的重要部分，它们指定如何加载和执行文件。常见的加载命令包括：

• __TEXT：定义代码段的加载地址和大小。
• __DATA：定义数据段的加载地址和大小。
• __LINKEDIT：包含符号表、重定位信息和其他链接信息。

段

Mach-O 文件被组织成称为段的块。每个段都是文件中的一个连续区域，可以具有不同的访问权限和类型。常见的段包括：

• __TEXT：包含可执行代码。
• __DATA：包含已初始化的数据。
• __BSS：包含未初始化的数据。
• __LINKEDIT：包含链接信息。

节

段进一步细分为称为节的子块。节是段内的逻辑分组，可以具有不同的属性和保护标志。常见的节包括：

• __text：包含机器码。
• __data：包含已初始化的数据。
• __bss：包含未初始化的数据。
• __cstring：包含 C 字符串。
• __la_symbol_ptr：包含符号表的指针。

符号表

符号表是一个包含符号名称、类型和地址的表。符号用于在链接过程中解析外部引用，并且对于调试和符号化堆栈转储非常有用。

重定位信息

重定位信息是链接器在链接过程中用于更新目标文件地址的特殊数据。当文件被加载到内存中时，重定位信息将由系统修改，以正确解析外部符号。

使用 Mach-O 查看器

有许多工具可以用于查看和分析 Mach-O 文件。其中最流行的是 lldb，它是苹果公司的命令行调试器。lldb 提供了多个命令来检查 Mach-O 文件的各个部分，例如：

• image list：列出当前加载的 Mach-O 图像。
• image show：显示特定 Mach-O 图像的详细信息。
• section list：列出特定 Mach-O 图像中的所有节。
• disassemble：反汇编特定 Mach-O 图像中的代码。

结论

Mach-O 文件是 iOS 底层架构的关键组成部分。通过了解 Mach-O 文件的结构和内容，我们可以更深入地了解编译过程和操作系统的内部工作原理。本文为探索 Mach-O 文件提供了坚实的基础，为进一步学习 iOS 底层开发奠定了基础。