想要了解應(yīng)用程序加載，我們需要了解下面幾個問題：
- 我們寫的代碼是如何加載到內(nèi)存的牙言？
- 我們使用的動靜態(tài)庫是如何加載到內(nèi)存的酸钦？
- objc是如何啟動的？
我們程序執(zhí)行都會依賴很多庫咱枉，比如UIKit卑硫、CoreFoundation黔寇、libsystem等堕担，這些庫其實就是可執(zhí)行的二進(jìn)制文件，能夠被操作系統(tǒng)加載到內(nèi)存嚣州。庫分為兩種：動態(tài)庫和靜態(tài)庫亿乳。
整個編譯過程如下圖：
首先我們的代碼會經(jīng)歷預(yù)編譯階段硝拧，進(jìn)行詞法和語法樹的分析，然后交給編譯器編譯葛假，會生成相應(yīng)的匯編文件障陶，把這些內(nèi)容鏈接裝載到內(nèi)存，生成我們的可執(zhí)行文件聊训。
動態(tài)庫和靜態(tài)庫區(qū)別一個是動態(tài)鏈接抱究，一個是靜態(tài)鏈接。
靜態(tài)鏈接：一個一個裝載進(jìn)內(nèi)存带斑，會有重復(fù)的問題鼓寺，浪費相應(yīng)性能酿雪。
動態(tài)鏈接：并不是直接加載，通過映射加載到內(nèi)存侄刽，內(nèi)存是共享的只會有一份指黎，大部分蘋果的庫都為動態(tài)庫。
靜態(tài)庫和動態(tài)庫是如何加載到內(nèi)存的呢州丹？需要連接器dyld醋安，dyld作用如下圖：
下面我們開始研究dyld，先在main函數(shù)位置打一個斷點墓毒，執(zhí)行程序：
看到函數(shù)調(diào)用棧在main函數(shù)之前會執(zhí)行start方法吓揪，點擊可以看到start就是執(zhí)行dyld中的start方法：
我們再添加一個名字為start的符號斷點，再執(zhí)行程序所计，發(fā)現(xiàn)斷點并沒有斷到start位置
為什么沒有停在start柠辞？證明在下層真正調(diào)用不是start而是其他方法。我們知道load方法是在程序執(zhí)行之前就跑主胧，我們添加個load方法并打一個斷點叭首，
看函數(shù)調(diào)用棧。點擊最下面的_dyld_start
dyld源碼可以在官網(wǎng)下載踪栋。
打開源碼工程焙格，首先全局搜索_dyld_start，發(fā)現(xiàn)是匯編實現(xiàn)的夷都，根據(jù)架構(gòu)不同眷唉，代碼不同，我們直接看真機arm64
在這里我們分析主要代碼邏輯即可囤官，配合注釋找到start方法調(diào)用：
全局搜索dyldbootstrap命名空間冬阳，找到start方法
uintptr_t start(const dyld3::MachOLoaded* appsMachHeader, int argc, const char* argv[],
const dyld3::MachOLoaded* dyldsMachHeader, uintptr_t* startGlue)
{
// Emit kdebug tracepoint to indicate dyld bootstrap has started <rdar://46878536>
dyld3::kdebug_trace_dyld_marker(DBG_DYLD_TIMING_BOOTSTRAP_START, 0, 0, 0, 0);
// if kernel had to slide dyld, we need to fix up load sensitive locations
// we have to do this before using any global variables
rebaseDyld(dyldsMachHeader);
// kernel sets up env pointer to be just past end of agv array
const char** envp = &argv[argc+1];
// kernel sets up apple pointer to be just past end of envp array
const char** apple = envp;
while(*apple != NULL) { ++apple; }
++apple;
// set up random value for stack canary
__guard_setup(apple);
#if DYLD_INITIALIZER_SUPPORT
// run all C++ initializers inside dyld
runDyldInitializers(argc, argv, envp, apple);
#endif
_subsystem_init(apple);
// now that we are done bootstrapping dyld, call dyld's main
uintptr_t appsSlide = appsMachHeader->getSlide();
return dyld::_main((macho_header*)appsMachHeader, appsSlide, argc, argv, envp, apple, startGlue);
}
這里面最重要的就是最后一行，main函數(shù)党饮，點擊進(jìn)去肝陪，發(fā)現(xiàn)main函數(shù)代碼非常多，有將近1000行代碼劫谅，看這種代碼需要點技巧见坑，我們知道這個函數(shù)是有返回值的，那就先看下返回值是什么捏检，有什么對應(yīng)操作荞驴。
返回值是result，賦值的地方有：
result = (uintptr_t)sMainExecutable->getEntryFromLC_MAIN();result = (uintptr_t)sMainExecutable->getEntryFromLC_UNIXTHREAD();result = (uintptr_t)&fake_main;
上面三個地方有對result賦值贯城，可以看到最主要就是sMainExecutable相關(guān)處理熊楼，找一下sMainExecutable初始化：
/// instantiate ImageLoader for main executable
sMainExecutable = instantiateFromLoadedImage(mainExecutableMH, mainExecutableSlide, sExecPath);
看到注釋寫的也很明白，初始化鏡像文件。點擊進(jìn)去：
static ImageLoaderMachO* instantiateFromLoadedImage(const macho_header* mh, uintptr_t slide, const char* path)
{
// try mach-o loader
// if ( isCompatibleMachO((const uint8_t*)mh, path) ) {
ImageLoader* image = ImageLoaderMachO::instantiateMainExecutable(mh, slide, path, gLinkContext);
addImage(image);
return (ImageLoaderMachO*)image;
// }
// throw "main executable not a known format";
}
點擊進(jìn)入instantiateMainExecutable鲫骗，看到sniffLoadCommands(mh, path, false, &compressed, &segCount, &libCount, context, &codeSigCmd, &encryptCmd);這個代碼就是按照machO格式進(jìn)行加載文件犬耻。
共享緩存相關(guān)處理：
// load shared cache
checkSharedRegionDisable((dyld3::MachOLoaded*)mainExecutableMH, mainExecutableSlide);
加載插入的動態(tài)庫：
// load any inserted libraries
if ( sEnv.DYLD_INSERT_LIBRARIES != NULL ) {
for (const char* const* lib = sEnv.DYLD_INSERT_LIBRARIES; *lib != NULL; ++lib)
loadInsertedDylib(*lib);
}
鏈接主程序：
link(sMainExecutable, sEnv.DYLD_BIND_AT_LAUNCH, true, ImageLoader::RPathChain(NULL, NULL), -1);
鏈接插入的動態(tài)庫：
link(image, sEnv.DYLD_BIND_AT_LAUNCH, true, ImageLoader::RPathChain(NULL, NULL), -1);
弱引用綁定主程序：
// <rdar://problem/12186933> do weak binding only after all inserted images linked
sMainExecutable->weakBind(gLinkContext);
初始化主程序：
// run all initializers
initializeMainExecutable();
回調(diào)函數(shù)：
// notify any montoring proccesses that this process is about to enter main()
notifyMonitoringDyldMain();
initializeMainExecutable
void initializeMainExecutable()
{
// record that we've reached this step
gLinkContext.startedInitializingMainExecutable = true;
// run initialzers for any inserted dylibs
ImageLoader::InitializerTimingList initializerTimes[allImagesCount()];
initializerTimes[0].count = 0;
const size_t rootCount = sImageRoots.size();
if ( rootCount > 1 ) {
for(size_t i=1; i < rootCount; ++i) {
sImageRoots[i]->runInitializers(gLinkContext, initializerTimes[0]);
}
}
// run initializers for main executable and everything it brings up
sMainExecutable->runInitializers(gLinkContext, initializerTimes[0]);
// register cxa_atexit() handler to run static terminators in all loaded images when this process exits
if ( gLibSystemHelpers != NULL )
(*gLibSystemHelpers->cxa_atexit)(&runAllStaticTerminators, NULL, NULL);
// dump info if requested
if ( sEnv.DYLD_PRINT_STATISTICS )
ImageLoader::printStatistics((unsigned int)allImagesCount(), initializerTimes[0]);
if ( sEnv.DYLD_PRINT_STATISTICS_DETAILS )
ImageLoaderMachO::printStatisticsDetails((unsigned int)allImagesCount(), initializerTimes[0]);
}
首先拿到所有鏡像文件個數(shù)，循環(huán)跑起來执泰。點擊進(jìn)入runInitializers看下如何初始化
void ImageLoader::runInitializers(const LinkContext& context, InitializerTimingList& timingInfo)
{
uint64_t t1 = mach_absolute_time();
mach_port_t thisThread = mach_thread_self();
ImageLoader::UninitedUpwards up;
up.count = 1;
up.imagesAndPaths[0] = { this, this->getPath() };
processInitializers(context, thisThread, timingInfo, up);
context.notifyBatch(dyld_image_state_initialized, false);
mach_port_deallocate(mach_task_self(), thisThread);
uint64_t t2 = mach_absolute_time();
fgTotalInitTime += (t2 - t1);
}
這里最重要的是processInitializers函數(shù)枕磁，點進(jìn)去
void ImageLoader::processInitializers(const LinkContext& context, mach_port_t thisThread,
InitializerTimingList& timingInfo, ImageLoader::UninitedUpwards& images)
{
uint32_t maxImageCount = context.imageCount()+2;
ImageLoader::UninitedUpwards upsBuffer[maxImageCount];
ImageLoader::UninitedUpwards& ups = upsBuffer[0];
ups.count = 0;
// Calling recursive init on all images in images list, building a new list of
// uninitialized upward dependencies.
for (uintptr_t i=0; i < images.count; ++i) {
images.imagesAndPaths[i].first->recursiveInitialization(context, thisThread, images.imagesAndPaths[i].second, timingInfo, ups);
}
// If any upward dependencies remain, init them.
if ( ups.count > 0 )
processInitializers(context, thisThread, timingInfo, ups);
}
還是循環(huán)調(diào)用recursiveInitialization，找到這個方法的實現(xiàn)void ImageLoader::recursiveInitialization(const LinkContext& context, mach_port_t this_thread, const char* pathToInitialize, InitializerTimingList& timingInfo, UninitedUpwards& uninitUps)术吝，
里面最重要的代碼如圖：
先對依賴文件進(jìn)行初始化计济，然后再初始化自己。notifySingle全局搜索找到這個方法實現(xiàn)排苍，觀察里面最重要代碼：(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());沦寂。
全局搜索sNotifyObjCInit，發(fā)現(xiàn)在registerObjCNotifiers方法中有賦值淘衙，再搜索看哪調(diào)用這個方法：_dyld_objc_notify_register传藏，這個方法和objc源碼中objc_init里面的方法名字是一模一樣的。但其實從dyld加載到objc這條線到現(xiàn)在已經(jīng)斷了彤守，需要再找下別的方法毯侦。
打開objc源碼工程，在源碼中_objc_init打一個斷點遗增，查看函數(shù)調(diào)用棧：
從下往上看執(zhí)行流程：
- _dyld_start
- dyldbootstrap::start
- dyld::_main
- dyld::initializeMainExecutable()
- runInitializers
- processInitializers
- recursiveInitialization
- doInitialization
- doModInitFunctions
到這是dyld處理的流程叫惊，在往上看就不知道是什么流程款青，我們現(xiàn)在從上往下看做修，先走libdispatch的_os_object_init方法，我們下載libdispatch源碼抡草，全局搜索_os_object_init
void
_os_object_init(void)
{
_objc_init();
Block_callbacks_RR callbacks = {
sizeof(Block_callbacks_RR),
(void (*)(const void *))&objc_retain,
(void (*)(const void *))&objc_release,
(void (*)(const void *))&_os_objc_destructInstance
};
_Block_use_RR2(&callbacks);
#if DISPATCH_COCOA_COMPAT
const char *v = getenv("OBJC_DEBUG_MISSING_POOLS");
if (v) _os_object_debug_missing_pools = _dispatch_parse_bool(v);
v = getenv("DISPATCH_DEBUG_MISSING_POOLS");
if (v) _os_object_debug_missing_pools = _dispatch_parse_bool(v);
v = getenv("LIBDISPATCH_DEBUG_MISSING_POOLS");
if (v) _os_object_debug_missing_pools = _dispatch_parse_bool(v);
#endif
}
可以看到_os_object_init確實調(diào)用了_objc_init饰及，再全局搜索_os_object_init，發(fā)現(xiàn)是在libdispatch_init有調(diào)用康震，再全局搜索libdispatch_init發(fā)現(xiàn)沒有調(diào)用地方燎含，看上面截圖函數(shù)調(diào)用棧，libSystem調(diào)用過來的腿短，我們下載libSystem源碼屏箍，打開libSystem源碼工程全局搜索libdispatch_init，發(fā)現(xiàn)是libSystem_initializer方法進(jìn)行調(diào)用橘忱，而libSystem_initializer這個方法沒有調(diào)用赴魁，看函數(shù)調(diào)用棧回到dyld源碼進(jìn)行搜索钝诚，沒找到相關(guān)信息颖御，全局搜索doModInitFunctions看這個方法實現(xiàn)，可以看到框住就是調(diào)用libSystem_initializer相關(guān)的方法：
doModInitFunctions是由doInitialization方法調(diào)用凝颇，最后找到位置：
到此潘拱，整個項目從dyld如何加載到objc_init的流程已經(jīng)分析完了疹鳄。
我們可以看到_dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);方法調(diào)用，map_images和load_image都是參數(shù)芦岂，那么他們什么時候調(diào)用的呢瘪弓，時機肯定在別的地方，繼續(xù)探索禽最。
之前分析notifySingle調(diào)用sNotifyObjCInit杠茬，找到sNotifyObjCInit賦值的地方，
_dyld_objc_notify_register調(diào)用的registerObjCNotifiers弛随，也就是說_dyld_objc_notify_register會對三個參數(shù)進(jìn)行初始化瓢喉，也就是說notifySingle會對將要執(zhí)行的方法進(jìn)行初始化賦值，但是具體調(diào)用還不知道舀透。
之前我們看到有_dyld_objc_notify_register方法：
void _dyld_objc_notify_register(_dyld_objc_notify_mapped mapped,
_dyld_objc_notify_init init,
_dyld_objc_notify_unmapped unmapped)
{
dyld::registerObjCNotifiers(mapped, init, unmapped);
}
這個方法三個參數(shù)對應(yīng)著objc源碼中同名方法的map_images栓票、load_images、umap_image愕够，進(jìn)去看賦值：
void registerObjCNotifiers(_dyld_objc_notify_mapped mapped, _dyld_objc_notify_init init, _dyld_objc_notify_unmapped unmapped)
{
// record functions to call
sNotifyObjCMapped = mapped;
sNotifyObjCInit = init;
sNotifyObjCUnmapped = unmapped;
// call 'mapped' function with all images mapped so far
try {
notifyBatchPartial(dyld_image_state_bound, true, NULL, false, true);
}
catch (const char* msg) {
// ignore request to abort during registration
}
// <rdar://problem/32209809> call 'init' function on all images already init'ed (below libSystem)
for (std::vector<ImageLoader*>::iterator it=sAllImages.begin(); it != sAllImages.end(); it++) {
ImageLoader* image = *it;
if ( (image->getState() == dyld_image_state_initialized) && image->notifyObjC() ) {
dyld3::ScopedTimer timer(DBG_DYLD_TIMING_OBJC_INIT, (uint64_t)image->machHeader(), 0, 0);
(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());
}
}
}
也就是我們現(xiàn)在需要找sNotifyObjCMapped()走贪、sNotifyObjCInit()、sNotifyObjCUnmapped()惑芭，這三個函數(shù)調(diào)用才會執(zhí)行我們最關(guān)心的map_images坠狡、load_images、umap_image遂跟。
- 全局搜索
sNotifyObjCMapped找調(diào)用的地方逃沿，發(fā)現(xiàn)_dyld_objc_notify_register->registerObjCNotifiers->notifyBatchPartial->sNotifyObjCMapped這個流程會調(diào)用，也就是函數(shù)執(zhí)行時候幻锁，就會執(zhí)行第一個參數(shù)對應(yīng)的方法凯亮。 - 全局搜索
sNotifyObjCInit，有兩個調(diào)用地方哄尔，a(dyld_image_state_initialized)：_dyld_objc_notify_register->registerObjCNotifiers->sNotifyObjCInit()假消，加載自己的庫的時候會直接調(diào)用load_images。b(dyld_image_state_dependents_initialized)：notifySingle->sNotifyObjCInit()岭接，加載自己依賴庫的時候富拗，依賴庫是通過notifySingle來調(diào)用load_images。 - 全局搜索
sNotifyObjCUnmapped鸣戴，發(fā)現(xiàn)removeImage才會調(diào)用啃沪，移除鏡像文件時候，暫時不深入分析葵擎。
總結(jié)下從dyld開始怎么加載到objc以及map_images和load_images調(diào)用的流程圖：
load C++ main 執(zhí)行順序
接下來我們再看一個有意思的現(xiàn)象谅阿，在main函數(shù)中輸出Hello, World!，并且在main函數(shù)中添加一個C++方法：
int main(int argc, const char * argv[]) {
@autoreleasepool {
SJLog(@"Hello, World!");
}
return 0;
}
__attribute__ ((constructor)) void sjFunc() {
printf("C++ 來了 %s \n", __func__);
}
添加SJPerson類，并實現(xiàn)load方法：
@implementation SJPerson
+ (void)load
{
SJLog(@"%s", __func__);
}
@end
運行程序签餐，可以看到打印結(jié)果如下：
首先執(zhí)行load方法寓涨，然后執(zhí)行C++方法，最后才會走到main函數(shù)里面氯檐。
研究方法執(zhí)行順序戒良，首先我們看下load方法是怎么調(diào)用：
void
load_images(const char *path __unused, const struct mach_header *mh)
{
if (!didInitialAttachCategories && didCallDyldNotifyRegister) {
didInitialAttachCategories = true;
loadAllCategories();
}
// Return without taking locks if there are no +load methods here.
if (!hasLoadMethods((const headerType *)mh)) return;
recursive_mutex_locker_t lock(loadMethodLock);
// Discover load methods
{
mutex_locker_t lock2(runtimeLock);
prepare_load_methods((const headerType *)mh);
}
// Call +load methods (without runtimeLock - re-entrant)
call_load_methods();
}
首先會prepare_load_methods準(zhǔn)備所有的load方法，
void prepare_load_methods(const headerType *mhdr)
{
size_t count, i;
runtimeLock.assertLocked();
classref_t const *classlist =
_getObjc2NonlazyClassList(mhdr, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
schedule_class_load(remapClass(classlist[i]));
}
category_t * const *categorylist = _getObjc2NonlazyCategoryList(mhdr, &count);
for (i = 0; i < count; i++) {
category_t *cat = categorylist[i];
Class cls = remapClass(cat->cls);
if (!cls) continue; // category for ignored weak-linked class
if (cls->isSwiftStable()) {
_objc_fatal("Swift class extensions and categories on Swift "
"classes are not allowed to have +load methods");
}
realizeClassWithoutSwift(cls, nil);
ASSERT(cls->ISA()->isRealized());
add_category_to_loadable_list(cat);
}
}
這里實現(xiàn)準(zhǔn)備和調(diào)用類冠摄、分類的load方法糯崎。
下一步C++方法為什么會調(diào)用呢？在C++方法打個斷點河泳，調(diào)試打印函數(shù)調(diào)用棧：
到dyld源碼中查看doInitialization函數(shù)調(diào)用：
這個位置我們很熟悉了吧沃呢，上面已經(jīng)解釋過了，也就是doInitialization會調(diào)用我們寫的C++方法拆挥。
在搞一個騷操作薄霜，我們在objc-os.mm文件中，添加一個C++方法纸兔，再執(zhí)行程序：
__attribute__ ((constructor)) void sjFunc() {
printf("objc C++ 來了 %s \n", __func__);
}
看到執(zhí)行的結(jié)果：
也就是說惰瓜，在同一個鏡像文件中，才會先執(zhí)行load方法汉矿，再執(zhí)行C++方法崎坊。
執(zhí)行完dyld然后是如何走到我們工程里面的main函數(shù)呢？
在C++方法打斷點洲拇，進(jìn)入斷點后顯示匯編：
跳出這個方法：
讀取寄存器：
匯編最后執(zhí)行jump rax奈揍，rax寄存器存的就是我們工程的main函數(shù)。
