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update: 动态库、静态库的编译链接细节

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122
Chapter1 - iOS/1.119.md
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@@ -1,15 +1,13 @@
# 剖析 Swift String
带着问题研究下 Swift 中的 String
带着问题研究下 Swift 中的 String
- 1个 String 变量占用多少内存？
- String 存放在什么位置？
![](https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/MemoryLayout.png)
![](./../assets//MemoryLayout.png)
@@ -21,7 +19,7 @@ var str1: String = "0123456789"
实验很简单，就一行代码。来窥探下 String 的初始化和内存结构。出发断点看到下面汇编：
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo1.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo1.png" style="zoom:25%">
简单分析下：
@@ -47,7 +45,7 @@ QA：这个10是什么东西？1是什么东西？
var str1: String = "01234"
```
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo2.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo2.png" style="zoom:25%">
可以看到其他和上面的没变化，唯一不同的是 `movl $0x5, %esi` 将5赋值给寄存器 `esi`，即寄存器 `rsi`。实验的字符串 "01234" UTF8 字符个数为5
@@ -57,7 +55,7 @@ var str1: String = "01234"
var str1: String = "01234😄"
```
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo3.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo3.png" style="zoom:25%">
可以看到将9赋值给寄存器 `esi` 即 `rsi`，字符串赋值给寄存器 `rdi`，`xorl %edx, %edx` 异或运算结果 0 赋值给寄存器 `edx` 即 `rdx`，也就是不纯粹为
@@ -95,7 +93,7 @@ extension String: _ExpressibleByBuiltinStringLiteral {
继续探索：
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo4.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo4.png" style="zoom:25%">
可以看到 `str1` 地址为 `rip + 0x8853 = 0x1000039a5 + 0x8853 = 0x10000C1F8 `，然后读取对应堆上的内容为：
@@ -130,7 +128,7 @@ var str1: String = "0123456789ABCDEF"
print(Mems.memStr(ofVal: &str1))
```
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo5.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo5.png" style="zoom:25%">
分析下：
@@ -142,15 +140,21 @@ print(Mems.memStr(ofVal: &str1))
- 第20行 `movabsq $0x7fffffffffffffe0, %rdx` 则会把立即数 `0x7fffffffffffffe0` 移动到寄存器 `rdx`
- 第21行 `addq %rdx, %rdi` 将 `rdx` + ` rdi` 的值赋值给 `rdi`，也就是 `rdi` 存放了: 字符串的真实地址 + `0x7fffffffffffffe0。`所以字符串真实地址 = `rdx 的地址` - `0x7fffffffffffffe0`。寄存器 `rdi` 读取出地址为 `0x8000000100007800` 。所以字符串真实地址为：`0x8000000100007800` - `0x7fffffffffffffe0` = `0x100007820`，LLDB 读取下 `x 0x100007820 ` 看到 30、31...46刚好是字符串 `0123456789ABCDEF` 的 ASCII 值。
- 第21行 `addq %rdx, %rdi` 将 `rdx` + ` rdi` 的值赋值给 `rdi`，也就是 `rdi` 存放了: 字符串的真实地址 + `0x7fffffffffffffe0 相加后的值。`
所以 `字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 - 0x7fffffffffffffe0`，又等价于 `字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 + 0x20`
所以字符串真实地址 = `rdx 的地址` - `0x7fffffffffffffe0`。
寄存器 `rdi` 读取出地址为 `0x8000000100007800` 。所以字符串真实地址为：`0x8000000100007800` - `0x7fffffffffffffe0` = `0x100007820`。
LLDB 读取下 `x 0x100007820 ` 看到 30、31...46刚好是字符串 `0123456789ABCDEF` 的 ASCII 值。
所以 **`字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 - 0x7fffffffffffffe0`**，又等价于 `字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 + 0x20`
- 经过23行后 `orq %rdi, %rdx` 可以看到 `rdx` 、`rdi` 里面存储的都是：`字符串真实地址` + `0x7fffffffffffffe0`
- LLDB 输入 finish 结束函数细节，外部可以看到第10行 `movq %rdx, 0x8864(%rip) ` 将 `rdx` 寄存器里的值（也就是：`字符串真实地址` + `0x7fffffffffffffe0` ）赋值给 `str1` 指针的后8个字节
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo6.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo6.png" style="zoom:25%">
@@ -168,13 +172,13 @@ var str1: String = "0123456789ABCDEF"
字符串地址为 ` 0x10000397f + 0x3ea1 = 0x100007820`，看着像全局变量、也有可能是常量区？字符串内容写死的情况下，编译器编译后内存地址应该可以确定，那到底在什么地方呢？利用 `MachOView` 窥探下 `MachO` 文件吧
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/SwiftStringExploreDemo7.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//SwiftStringExploreDemo7.png" style="zoom:25%">
利用 MachOView 打开如下
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/MacMachOViewExploreStringLocationDemo1.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//MacMachOViewExploreStringLocationDemo1.png" style="zoom:25%">
@@ -184,12 +188,23 @@ X86_64 架构下，我们在 MachOView 看到的地址，真实对应地址为
在 macOS 和 iOS 的二进制文件（如 Mach-O 格式的可执行文件或动态库）中，`Section64` 是一个结构体，用于描述二进制文件中的一个段（section）。每个段包含特定类型的数据或代码，并且具有特定的属性，比如是否可写、是否可执行等。
`Section64(__TEXT__,__cstring)` 中：
`Section64(__TEXT,__cstring)` 中：
- `__TEXT__` 是段的段名（segment name），它通常包含代码（`__text`）和常量数据（如 `__cstring`、`__const` 等）。
- `__cstring` 是节的节名（section name），它通常包含 C 字符串字面量。这些字符串字面量在编译时被存储在只读数据段中。
- `__TEXT` 是段的段名（segment name），存储**只读且可执行**的内容，包括代码和只读数据。**典型节（Sections）**：
- `__text`：存放机器指令（代码段）。
- `__cstring`：存放字符串常量。
- `__const`：存放其他常量数据。
因此，`Section64(__TEXT__,__cstring)` 描述的是二进制文件中存储 C 字符串字面量的一个节。这个节位于 `__TEXT__` 段中，并且包含的是只读数据。
- **`__DATA` 段**：存储**可读写**的数据（如全局变量、静态变量）。
- `__cstring` 节：
- **功能**：`_cstring` 专门存储硬编码的字符串常量（如 `"Hello, World!"`）。
- **内存权限**：映射到内存时，`__TEXT` 段整体为**只读**（`r--` 或 `r-x`），但 `_cstring` 本身**不可执行**，仅用于数据存储
- **所属区域**：
- 逻辑上属于**常量区**（类似 ELF 格式的 `.rodata`）。
- 物理上可能与代码段（`__text`）同属 `__TEXT` 段，但用途和权限不同。
因此，`Section64(__TEXT,__cstring)` 描述的是二进制文件中存储 C 字符串字面量的一个节。这个节位于 `__TEXT__` 段中，并且包含的是只读数据。
@@ -202,7 +217,7 @@ print(Mems.memStr(ofVal: &str1)) // 0xd000000000000010 0x8000000100007800
print(Mems.memStr(ofVal: &str2)) // 0x0000353433323130 0xe600000000000000
```
<img src="https://github.com/FantasticLBP/knowledge-kit/raw/master/assets/MacMachOViewExploreStringLocationDemo2.png" style="zoom:25%">
<img src="./../assets//MacMachOViewExploreStringLocationDemo2.png" style="zoom:25%">
可以看到：
@@ -224,6 +239,52 @@ print(Mems.memStr(ofVal: &str3)) // 0xd000000000000015 0x8000000100007800
### Swift 字符串存储本质
Swift 字符串存储的两种模式：
- **内联存储（Small String Optimization，SSO）**：
- **条件**：字符串长度 ≤15 个 **ASCII 字符**（或 ≤7 个 **UTF-16 字符**）。
- **特点**：字符串内容直接存储在 `StringObject` 的 16 字节内存中，无需堆分配。有点类似 Objective-C 的 **Tagged Pointer**
- **堆存储（Heap-Allocated）**：
- **条件**：字符串长度超过上述限制（字符串长度 > 15 个 **ASCII 字符** 或 > 7 个 **UTF-16 字符**）
- **特点**：字符串内容存储在堆内存。其指针结构是一个 16 字节的 `StringObject`，`StringObject` 存储堆地址和元数据
#### 内联存储（SSO）的具体实现
内存布局：前8个字节（元数据 + 部分字符） + 后8个字节（剩余字符 + 填充）
元数据编码：
最低有效位（LSB）用于标识存储模式:
- **0**：内联存储
- **1**：堆存储
其余位存储字符串长度和编码信息（ASCII 或 UTF-16）
Demo
````Swift
let str = "Hello" // 5 个 ASCII 字符
内存布局如下：
0x0000000000000a05 // 元数据（长度=5, ASCII, 内联标志位=0）
0x48656c6c6f000000 // ASCII 字符 "Hello" 的十六进制表示 + 填充
````
与 Objective-C Tagged Pointer 的区别
| **特性** | **Swift 内联存储 (SSO)** | **Objective-C Tagged Pointer** |
| :----------- | :------------------------- | :------------------------------ |
| **存储位置** | 字符串对象的 16 字节内存中 | 指针值本身（64 位） |
| **标识方式** | 元数据的最低有效位 (LSB) | 指针的最高有效位 (MSB) |
| **兼容性** | 需考虑 Unicode 编码复杂性 | 仅支持有限类型（如短 NSString） |
| **内存安全** | 完全由编译器管理 | 需运行时特殊处理 |
@@ -257,12 +318,12 @@ print("explore")
可以看到：长度为16的字符串拼接后
- 内存的前8个字节，从 `0xd000000000000010` 变到了 `0xf000000000000011`，最后2位代表字符串长度，从16位变成17位。
- 内存的前8个字节，从 `0xd000000000000010` 变到了 `0xf000000000000011`，最后2位代表字符串长度，16进制的10就是16。从16位变成17位。
- 内存的后8个字节，字符串的地址改变了
上面可知， `字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 - 0x7fffffffffffffe0`，又等价于 `字符串真实地址 = 指针内存8个字节地址 + 0x20`
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<img src="./../assets//MacMachOViewExploreStringLocationDemo3.png" style="zoom:25%">
字符串真实地址：`0x0000600001700440 + 0x20 = 0x0000600001700460`，LLDB `x 0x0000600001700460 ` 可以看到字符串拼接后的结果。看上去是存储在堆上。如何验证？
@@ -270,11 +331,11 @@ print("explore")
我们知道堆上的内存初始化在 Swift 侧，关键方法为 `swift_allocObject ` -> `swift_slowAlloc` -> `malloc `。给 malloc 下断点，然后在断点出查看调用堆栈，可以看到在 `string.append()` 后有堆分配内存
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<img src="./../assets//MacMachOViewExploreStringLocationDemo4.png" style="zoom:25%">
结束当前函数调用，在外层可以看到 str2 地址值的后8个字节为 `0x000060000170410`，再 + `0x20` 就是字符串真实地址，打印如下。
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<img src="./../assets//MacMachOViewExploreStringLocationDemo5.png" style="zoom:25%">
0x20 是什么？这32个字节存放了什么信息？存储字符串的描述信息，比如：引用计数、字符串长度等信息。
@@ -292,17 +353,28 @@ print("explore")
`__TEXT` 是 Mach-O 文件中通常包含代码和只读数据的段。这个段包含了程序的主要执行代码，以及常量字符串、符号表等。
`dyld_stub_binder` 是一个由动态链接器（dyld）在运行时生成和使用的函数。它的主要目的是在首次调用某个动态链接的符号（如函数或方法）时，将该符号的实际地址绑定到调用点。
`dyld_stub_binder` 是一个由动态链接器（dyld）在运行时生成和使用的函数。它的主要目的是在首次调用某个动态链接的符号（如函数或方法）时，将该符号的实际地址绑定到调用点
Swift 中 `String` 类型的初始化方法（`init`）的地址是否采用延迟绑定（Lazy Binding），取决于 **编译环境、优化级别和具体方法实现**
### 延迟绑定的基本原理
在编译时，对于动态链接的符号，编译器会生成一个桩（stub），而不是直接调用该符号。桩是一个小段的代码，当被首次执行时，它会触发 `dyld_stub_binder` 的调用。`dyld_stub_binder` 的任务就是找到该符号的实际地址，并将其写入桩中，从而替换桩的原始代，这样，下一次调用该符号时，就可以直接跳转到实际的地址，而无需再次通过桩和 `dyld_stub_binder`。
延迟绑定（Lazy Binding）是动态链接的机制，用于推迟符号（如函数、方法）地址的解析到首次调用时。其核心步骤为：
1. **编译阶段**：生成存根（Stub），指向符号占位地址。
2. **启动阶段**：存根指向动态链接器（如 `dyld`）的解析函数（如 `dyld_stub_binder`）。
3. **首次调用**：触发符号解析，动态链接器填充真实地址到存根。
4. **后续调用**：直接跳转到已解析的地址。
替换桩，位于 `__DATA,__la_symbol_ptr` 数据段可读可写，所以可以修改。
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<img src="./../assets//MachOStubBinderAndLazyBinding.png" style="zoom:25%">
`__stub_helper` 节是 `__TEXT` 段中的一个特定节，它包含了用于处理符号懒加载的辅助函数和代码。当动态链接的符号首次被调用时，这些辅助函数会被触发，以解析符号并将其地址绑定到调用点。