目錄

• ABI Mach-O
• Symbol Table
• nlist
• section名稱與作用
• nm命令

ABI Mach-O

Mach-0(Mach object)是macOS、i0S蹂安、iPadOS存儲程序和庫的文件格式逢渔。對應系統(tǒng)通過應用二進制接口(application binary interface)诸衔， 縮寫為ABI來運行該格式的文件。

Mach-O格式用來替代BSD系統(tǒng)的a.out格式税手。Mach-O文件格式保存了在編譯過程和鏈接過程中產生的機器代碼和數(shù)據(jù)挤土，從而為靜態(tài)鏈接和動態(tài)鏈接的代碼提供了單一文件格式檐束。

之前段始終是4096字節(jié)或4 KB的倍數(shù)伤溉，其中4096字節(jié)是最小大小般码。
現(xiàn)在段是16 KB的倍數(shù)，在macOS_x86_64上是16k乱顾，在iOS上是32k板祝。

               ,-----------------------------,
    Header     |   Mach header               |
               |     Segment 1               |
               |       Section 1 (_ text)    |  --,
               |-----------------------------|    |
    Data       |            blob             | <--'
               '-----------------------------'

Mach-O總結

抖音品質建設 - iOS啟動優(yōu)化之原理篇

Symbol Table

通過兩個load commands :

• LC_SYMTAB：當前Mach-O中的符號表信息。
• LC_DYSYMTAB：描述動態(tài)鏈接器使用其他的Symbol Table信息走净。
  用來描述Symbol Table的大小和位置券时，以及其他元數(shù)據(jù)。

LC_SYMTAB
用來描述該文件的符號表伏伯。不論是靜態(tài)鏈接器還是動態(tài)鏈接器在鏈接此文件時橘洞，都要使用該load command。調試器也可以使用該load command找到調試信息说搅。

symtab_command

定義LC_SYMTAB加載命令具體屬性炸枣。在/usr/include/mach-o/loader.h中定義:

struct symtab_command {
    // 共有屬性。指明當前描述的加載命令弄唧，當前被設置為LC_SYMTAB
    uint32_t cmd ;
    // 共有屬性适肠。指明加載命令的大小，當前被設置為sizeof(symtab_command)
    uint32_t cmdsize;
    // 表示從文件開始到symbol table所在位置的偏移量候引。symbol table用[nlist]來表示
    uint32_t symoff;
    // 符號表內符號的數(shù)量
    uint32_t nsyms;
    // 表示從文件開始到string table所在位置的偏移量侯养。
    uint32_t stroff;
    // 表示string table大小(以byteカ單位)
    uint32_t strsize;
};

nlist

定義符號的具體表示含義:

struct nlist {
    // 表示垓符號在string table的索引
    union {
        //在Mach-0中不使用此字段
        char *n_name;
        // 索引
        long n_strx;
    } n_un;
    unsigned char n_type;  /* type flag, see below */
    unsigned char n_sect;  /* section number or NO_ SECT */
    short          n_desc; /* see <mach-o/stab.h> */
    unsigned long n_value; /* value of this symbol (or stab offset) */
};

n_type
1字節(jié)，通過四位掩碼保存數(shù)據(jù):

• N_STAB(0xe0)：如果當前的n_type包含這3位中的任何一位背伴，則該符號為調試符號表(stab)沸毁。在這種情況下，整個n_type字段將被解釋為stab value傻寂。請參閱/usr/include/mach-o/stab.h以獲取有效的stab value。
• N_PEXT(0x10)：如果當前的n_type包含此位携兵。則將此符號標記為私有外部符號__private_extern__(visibility=hidden)疾掰， 只在程序內可引用和訪問。當文件通過靜態(tài)鏈接器鏈接的時候徐紧，不要將其轉換成靜態(tài)符號(可以通過ld的(-keep_private_externs 關閉靜態(tài)鏈接器的這種行為)静檬。
• N_TYPE(0x0e)：如果當前的n_type包含此位。則使用預先定義的符號類型并级。
• N_EXT(0x01)：如果當前的n_type包含此位拂檩。則此符號為外部符號。該符號在該文件外部定義或在該文件中定義嘲碧，但可在其他文件中使用稻励。

N_TYPE
N_TYPE字段的值包括:

• N_UNDF(0x0)：該符號未定義。未定義符號是在當前模塊中引用，但是被定義在其他模塊中的符號望抽。n_sect字段設置為NO_SECT加矛。
• N_ABS(0x2)：該符號是絕對符號。鏈接器不會更改絕對符號的值煤篙。n_sect字段設置為NO_SECT斟览。
• N_SECT(0xe)：該符號在n_sect中指定的段號中定義。
• N_PBUD(0xc)：該符號未定義辑奈，鏡像使用該符號的預綁定值苛茂。
  n_sect字段設置為NO_SECT。
• N_INDR(0xa)：該符號定義為與另一個符號相同鸠窗。 n_value字段是string table中的索引妓羊，用于指定另一個符號的名稱。鏈接該符號時塌鸯，此符號和另一個符號都具有相同的定義類型和值侍瑟。

stab value包括:

#define N_GSYM    0x20 /* 全局符號: name, ,N0_ SECT,type,0 */
#define N_FNAME   0x22 /* procedure name (f77 kludge): name,,N0_ SECT,0,0 */
#define N_FUN     0x24 /* 方法/函數(shù): name,,n_ sect,linenumber , address */
#define N_STSYM   0x26 /* 靜態(tài)符號: name,,n sect, type , address */
#define N_LCSYM   0x28 /* .lcomm 符號: name,,n sect , type , address */
#define N_BNSYM   0x2e /* nsect符號開始: 0,,n sect,0, address */
#define N_OPT     0x3c /* emitted with gccZ_ compiled and in gcc source */
#define N_RSYM    0x40 /* 寄存器符號: name,NO_ _SECT, type,register */
#define N_SLINE   0x44 /* 代碼行數(shù): 0,,n ,sect,linenumber , address */
#define N_ENSYM   0x4e /* nsect符號結束: ?,,n sect,?, address */
#define N_SSYM    0x60 /* 結構體符號: name,, NO SECT, type,struct_ offset */
#define N_SO      0x64 /* 源碼名稱: name,,n sect, 0, address */
#define N_OSO     0x66 /* 目標代碼名稱: name, ,0,0,st_ mtime */
#define N_LSYM    0x80 /* 本地符號: name, ,N0_ SECT,type ,offset */
#define N_BINCL   0x82 /* include file 開始: name,,NO_ SECT,0,sum */
#define N_SOL     0x84 /* #included file 名稱: name,,n sect ,0, address */
#define N_PARAMS  0x86 /* 編譯器參數(shù): name,,NO_ SECT,0,0 */
#define N_VERSION 0x88 /* 編譯器版本: name,,N0_ SECT,0,0 */
#define N_OLEVEL  0x8A /* 編譯器-O級別: name,NO_ _SECT,0,0 */
#define N_PSYM    0xa0 /* 參數(shù): name,,No_ _SECT, type,offset */
#define N_EINCL   0xa2 /* include file 結束: name,,NO_ SECT,0,0 */
#define N_ENTRY   0xa4 /* alternate entry: name, ,n. sect,linenumber , address */
#define N_LBRAC   0xc0 /* 左括號: 0,,N0_ SECT,nesting level,address */
#define N_EXCL    0xc2 /* deleted include file: name, ,NO_ SECT,0,sum */
#define N_RBRAC   0xe0 /* 右括號: 0,,N0. _SECT ,nesting level , address */
#define N_BCOMM   0xe2 /* 通用符號開始: name,,NO. SECT,0,0 */
#define N_ECOMM   0xe4 /* 通用符號結束: name,n. sect,0,0 */
#define N_ECOML   0xe8 /* end common (local name): 0,,n_ sect , 0, address */
#define N_LENG    0xfe /* second stab entry with length information */

/*
 * for the berkeley pascal compiler, pC(1):
 */
#define N_ _PC    0x30 /* global pascal symbol: name, ,NO_ SECT, subtype,line */

n_ sect
整數(shù)，用來在指定編號的section中找到此符號丙猬；如果在該image的任何部分都找不到該符號涨颜，則為NO_SECT。根據(jù)section在LC_SEGMENT加載命令中出現(xiàn)的順序茧球，這些section從1開始連續(xù)編號庭瑰。

n_desc
16-bit值，用來描述非調試符號抢埋。低三位使用REFERENCE_TYPE:

• REFERENCE_FLAG_UNDEFINED_NON_LAZY(0x0)：該符號是外部非延遲(數(shù)據(jù))符號的引用弹灭。
• REFERENCE_FLAG_UNDEFINED_LAZY(0x1)：該符號是外部延遲性符號(即對函數(shù)調用)的引用。
• REFERENCE_FLAG_DEFINED(0x2)： 該符號在該模塊中定義揪垄。
• `REFERENCE_ FLAG_ PRIVATE_ DEFINED(0x3) ：該符號在該模塊中定義穷吮，但是僅對該共享庫中的模塊可見。
• REFERENCE_FLAG_PRIVATE_UNDEFINED_NON_LAZY(0x4)：該符號在該文件的另一個模塊中定義饥努，是非延遲加載(數(shù)據(jù))符號捡鱼，并且僅對該共享庫中的模塊可見。
• REFERENCE_FLAG_PRIVATE_LUNDEFINED_LAZY(0x5) ：該符號在該文件的另一個模塊中定義酷愧，是延遲加載(函數(shù))符號驾诈，僅對該共享庫中的模塊可見。

另外還可以設置如下標識位:

• REFERENCED_DYNAMICALLY(0x10)：定義的符號必須是使用在動態(tài)加載器中(例如dlsym和NSLookupSymbolInImage) 溶浴。而不是普通的未定義符號引用乍迄。strip使用該位來避免刪除那些必須存在的符號(如果符號設置了該位，則strip不會剝離它)士败。
• N_DESC_DISCARDED(0x20)：在完全鏈接的image在運行時動態(tài)鏈接器有可能會使用此符號闯两。不要在完全鏈接的image中設置此位。
• N_NO_DEAD_STRIP(0x20) ： 定義在可重定位目標文件(類型為MH_0BJECT)中的符號設置時，指示靜態(tài)鏈接器不對該符號進行( dead-strip生蚁。 (請注意噩翠，與N_DESC_DISCARDED(0x20) 用于兩個不同的目的。)
• N_WEAK_REF(0x40)：表示此未定義符號是弱引用邦投。如果動態(tài)鏈接器找不到該符號的定義伤锚，則將其符號地址設置為0。靜態(tài)鏈接器會將此符號設置弱鏈接標志志衣。
• N_WEAK_DEF(0x80)：表示此符號為弱定義符號屯援。如果靜態(tài)鏈接器或動態(tài)鏈接器為此符號找到另一個(非弱)定義，則弱定義將被忽略念脯。只能將合并部分中的符號標記為弱定義狞洋。

如果該文件是兩級命名two-level namespace image(即如果mach_header 中設置了MH_TWOLEVEL標志)，則( n_desc的高8位表示定義此未定義符號的庫的編號绿店。使用宏GET_LIBRARY_ORDINAL來獲取此值吉懊，或者使用宏SET_LIBRARY_0RDINAL來設置此值。0指定當前image假勿。1到253根據(jù)文件中LC_LOAD_DYLIB命令的順序表明庫號借嗽。254用于需要動態(tài)查找的未定義符號(僅在OS X v10.3和更高版本中受支持) 。對于從可執(zhí)行程序加載符號的插件转培。255用來指定可執(zhí)行image)恶导。 對于flat namespace images，高8位必須為0浸须。

n_ value
符號值惨寿。對于symbol table中的每一項， 該值的表達的意思都不同(具體由n_type字段說明)删窒。對于N_SECT符號類型裂垦，(n_value是符號的地址。有關其他可能值的信息肌索，請參見n_type字段的描述缸废。

Common symbols必須為N_UNDF類型，并且必須設置N_EXT)位驶社。Common symbols的n_value是符號表示的數(shù)據(jù)的大小(以字節(jié)為單位)。在C語言中测萎，Common symbol是在該文件中聲明但未初始化的變量亡电。Common symbols只能出現(xiàn)在MH_OBJECT) 類型的Mach-0文件中。

section名稱與作用

nm命令

打印nlist結構的符號表symbol table

常用nm命令參數(shù)

nm -pa a.o
-a: 顯示符號表的所有內容
-g: 顯示全局符號
-p: 不排序耳鸯。顯示符號表本來的順序
-r: 逆轉順序
-u: 顯示未定義符號:
-m: 顯示N_SECT類型的符號(Mach-0符號)顯示湿蛔。