前言

在程序加载过程中，不是每句代码都是从0基础开始的，都会依赖很多基础库，如UIKit、CoreFoundation、objc等等。。。这些库都是可以被操作系统加载到内存里面的可执行二进制文件。库总体分为静态库和动态库。还有在运行工程的时候，如果打上断点，也能在Xcode的左边看到一些加载的过程，从start一直到断点的方法处。但是在程序的启动开始，直到main函数加载完成，这个过程中，到底经历了什么？接下来，就一一揭晓。

资源准备

dyld源码：多个版本的dyld
objc源码：多个版本的objc
下载libdispatch库源码
下载libSystem库源码
冰🍺

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刚刚我们说到了静态库和动态库，那么程序是怎样把这些静态库和动态库给加载到工程里面去的了？需要一个动态链接器---dyld。到底是怎么样进行链接的了？下文中将详细分析。

静态库和动态库的区别 静态库可能被重复添加，这样就会造成内存的浪费，而动态库的话，就能避免这个问题，这也是为什么在苹果系统里面，使用的动态库占大多数的原因了。
编译过程

案例引入

提出问题：为什么会进入到`_objc_init`函数？

首先，在objc源码中，不做任何操作，直接运行：未命名文件.png 会直接进入到_objc_init函数里面。这个是objc的初始化，为什么回来到这里了？

引入案例准备工作

重新建立一个工程，ViewController里面实现+load方法。然后在下图几处设置断点：未命名文件(1).png 再运行工程，断点先来到+load方法处，然后通过lldb调试，执行bt指令，查看堆栈信息：未命名文件-8.png 从堆栈信息，可以看出程序是从_dyld_start开始，共执行了13步，最后到+[ViewController load]，但是在Xcode的左边，只看到_dyld_start --> load_images --> +[ViewController load]这个三个对外的方法展示，但是很多的内部方法都没有展示出来，通过打印堆栈信息，才能一一查看。

同样的，也可以通过汇编，也可以一步步的查看整个加载流程。

现在对加载流程，有了一个初步的了解，接下来，就通过对dyld库分析，来进行详细了解。文中分析的是用dyld-852库。（因为这个库依赖底层系统库太多，所以运行不起来。嘿嘿）

`dyld`的`宏观流程`

从刚刚的分析中，知道程序的启动，是从_dyld_start开始的，那么在dyld-852库里面的入手点，也就从这里开始。老规矩，在dyld代码里面全文索引_dyld_start，因为从dyld2版开始，苹果系统为了减少预绑定工作量，拆分了多种架构，如：X86、X86_64、arm、arm64等。下面是以arm架构为例，搜索结果如下图：未命名文件.png 直接看汇编可能比较生涩，但是其中有注释一行C++代码，dyldbootstrap::start(app_mh, argc, argv, dyld_mh, &startGlue)，看这个C++的方法，再对照汇编代码和注释，就能大致清楚一二，通过计算得到相应的几个参数，然后再传值跳转。为了直观性，我们就直接通过C++方法进行探索。由于C++定义方法的特性，直接索引dyldbootstrap::start是不会得到结果的，先找到dyldbootstrap，再查找dyldbootstrap作用域里面的start函数。

从汇编`_dyld_start`到C++的`dyldbootstrap::start`

接着就在dyldbootstrap作用域里面找到start函数。(现在我们是探究dyld的宏观流程，那么就对函数里面的具体实现，不做过多的解释了，下文中的函数也是一样)

uintptr_t start(const dyld3::MachOLoaded* appsMachHeader, int argc, const char* argv[],
				const dyld3::MachOLoaded* dyldsMachHeader, uintptr_t* startGlue)
{

   。。。。代码省略。。。。

	// 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);
}

从start函数的返回值可以看到，是dyld::_main()(是dyld作用域的_main()函数)。接着就是进入dyld::_main()里面。

从`dyldbootstrap::start`进入`dyld::_main()`

同样，我们通过下图可以得到，光main()函数的代码就是接近1000行，这个main()函数不是程序加载完成的main()函数，而是dyld内部的一个main函数。对于这么庞大的一段代码，该如何去分析了？我们知道，dyld的作用是动态链接镜像文件(image)，那么我们在源码中，只要找到这方面的代码，就能得到答案。查看_main函数的返回值，返回了result。那就接着查看在_main函数里面result的赋值情况，如下图：未命名文件-4.png 从_main函数里面的查询结果来看，一个是fake_main函数，另外一个是sMainExecutable函数。然而fake_main函数，显然不是我们要找的。

int
fake_main()
{
	return 0;
}

那么只剩下sMainExecutable函数了，接着就得看在_main函数里面，对sMainExecutable函数的是使用情况了。下图是在_main函数里面调用sMainExecutable函数的情况，如弱引用绑定(7229)、数据绑定(7215)、镜像文件绑定(7136)、实例化(7009)等等，这也从侧面反馈着，我们查找sMainExecutable函数是查找对了，和我们查找的目标也相匹配(目标：加载所有的镜像文件以及相应的其他的)，这就是反推法：未命名文件.png 确定了sMainExecutable函数是接下来的步骤后，就直接查看sMainExecutable函数的实例化有关的方法，那就是

sMainExecutable = instantiateFromLoadedImage(mainExecutableMH, mainExecutableSlide, sExecPath);

这个初始化方法，就是镜像文件加载器。那么接下来就直接进入instantiateFromLoadedImage函数里面。

实例化主程序`instantiateFromLoadedImage()`

从instantiateFromLoadedImage函数里面的实现，知道需要传入macho_header、slide、path，再加载image(镜像文件)

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";
}

对于这些传入的参数到底是什么了？我们直接可以在finder中，拿到前文中的那个案例的包，然后显示包内容，拿到其machO文件：拿到machO文件，再用MachOView这个工具打开，就能查看machO文件里面的内容，里面包含了macho_header、Load Commands、代码段(TEXT)、数据段(DATA)、符号表(Symbol Table)、字符串表(String Table)等等。如下图：

加载插入的动态库`loadInsertedDylib`

根据注释load any inserted libraries得知：

共享缓存加载`mapSharedCache`

根据注释load shared cache得知：

`link`主程序

链接主程序的可执行文件、插入的动态库：未命名文件-2.png

弱引用绑定主程序`weakBind`

在所有的镜像文件都被链接后，才进行弱引用绑定：未命名文件-3.png

通知`dyld`可以进入`main()`函数

通知所有监测进程，此进程将要进入main() 未命名文件-5.png

初始化`initializeMainExecutable`

run所有的实例化内容：未命名文件-4.png

进入初始化`initializeMainExecutable`

初始化镜像文件
初始化主程序可执行文件都是调用了runInitializers函数，那么就直接去看runInitializers函数实现。

`runInitializers`函数的执行内容

进行初始化的准备工作未命名文件-8.png

`processInitializers`初始化的准备

通过for循环加载镜像文件未命名文件-9.png

`recursiveInitialization`递归初始化

void ImageLoader::recursiveInitialization(const LinkContext& context, mach_port_t this_thread, const char* pathToInitialize,
										  InitializerTimingList& timingInfo, UninitedUpwards& uninitUps)
{
	recursive_lock lock_info(this_thread);
	recursiveSpinLock(lock_info);

	if ( fState < dyld_image_state_dependents_initialized-1 ) {
		uint8_t oldState = fState;
		// break cycles
		fState = dyld_image_state_dependents_initialized-1;
		try {
			// initialize lower level libraries first 首先初始化低级库
			for(unsigned int i=0; i < libraryCount(); ++i) {
				ImageLoader* dependentImage = libImage(i);
				if ( dependentImage != NULL ) {
					// don't try to initialize stuff "above" me yet
					if ( libIsUpward(i) ) {
						uninitUps.imagesAndPaths[uninitUps.count] = { dependentImage, libPath(i) };
						uninitUps.count++;
					}
					else if ( dependentImage->fDepth >= fDepth ) {//依赖文件的初始化
						dependentImage->recursiveInitialization(context, this_thread, libPath(i), timingInfo, uninitUps);
					}
                }
			}
			
			// record termination order
			if ( this->needsTermination() )
				context.terminationRecorder(this);

			// let objc know we are about to initialize this image
			uint64_t t1 = mach_absolute_time();
			fState = dyld_image_state_dependents_initialized;
			oldState = fState;
			//①、单个通知的注入
			context.notifySingle(dyld_image_state_dependents_initialized, this, &timingInfo);
			
			// initialize this image ------ ②、 调用init方法
			bool hasInitializers = this->doInitialization(context);

			// let anyone know we finished initializing this image
			fState = dyld_image_state_initialized;
			oldState = fState;
			//③、通知初始化完成
			context.notifySingle(dyld_image_state_initialized, this, NULL);
			
			if ( hasInitializers ) {
				uint64_t t2 = mach_absolute_time();
				timingInfo.addTime(this->getShortName(), t2-t1);
			}
		}
		catch (const char* msg) {
			// this image is not initialized
			fState = oldState;
			recursiveSpinUnLock();
			throw;
		}
	}
	
	recursiveSpinUnLock();
}

在这里面主要做了三件事：

1、加载依赖文件(①)：

单个通知的注入context.notifySingle，为后面的流程做准备，准备完成之后，才能开启后面的流程 -------- 将要开始初始化镜像文件； 2、加载本身(②、③)：
调用init方法doInitialization -------- 开始初始化镜像文件；
通知初始化完成context.notifySingle-------- 完成镜像文件初始化。

`notifySingle`

搜索notifySingle赋值的地方，查看其处理的情况，我们最主要的是要查找镜像文件的加载，所以就下面这一截代码符合：

static void notifySingle(dyld_image_states state, const ImageLoader* image, ImageLoader::InitializerTimingList* timingInfo)
{
	。。。。。  代码省略  。。。。。
        
	if ( (state == dyld_image_state_dependents_initialized) && (sNotifyObjCInit != NULL) && image->notifyObjC() ) {
		uint64_t t0 = mach_absolute_time();
		dyld3::ScopedTimer timer(DBG_DYLD_TIMING_OBJC_INIT, (uint64_t)image->machHeader(), 0, 0);
                //-----重点部分
		(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader());
		uint64_t t1 = mach_absolute_time();
		uint64_t t2 = mach_absolute_time();
		uint64_t timeInObjC = t1-t0;
		uint64_t emptyTime = (t2-t1)*100;
		if ( (timeInObjC > emptyTime) && (timingInfo != NULL) ) {
			timingInfo->addTime(image->getShortName(), timeInObjC);
		}
	}
    。。。。。  代码省略  。。。。。
}

要加载镜像文件(image)，就是(*sNotifyObjCInit)(image->getRealPath(), image->machHeader())，其类型是sNotifyObjCInit，接着就进入sNotifyObjCInit。

`sNotifyObjCInit`的详情

通过索引，可以知道其类型，static _dyld_objc_notify_init sNotifyObjCInit。再看下sNotifyObjCInit的赋值，直接就是init：未命名文件-2.png 而执行赋值的函数是registerObjCNotifiers。其中有三个赋值对象：

sNotifyObjCMapped= mapped;
sNotifyObjCInit= init;
sNotifyObjCUnmapped = unmapped;

`registerObjCNotifiers`的调用

未命名文件-3.png 当看到_dyld_objc_notify_register函数时，在对应文章开端的objc源码中的_objc_init函数里面的实现，也有_dyld_objc_notify_register函数的调用，如下图，是objc源码中_obcj_init函数：未命名文件-5.png

notifySingle --> _dyld_objc_notify_register，而通过objc源码可知，_dyld_objc_notify_register在objc的init也会被调用，在汇编里面，_dyld_objc_notify_register是在libobjc.A.dylib这个镜像库里面的。

在objc源码中的_dyld_objc_notify_register函数传入的值是：

map_images的函数地址---沟通前面内容的非常关键的以数据，如：class、protocol、property、methodlist等等数据；
load_images函数实现；
unmap_image函数实现。结合上面dyld里面源码registerObjCNotifiers函数的赋值情况：
sNotifyObjCMapped= mapped = &map_images;
sNotifyObjCInit= init = load_images;
sNotifyObjCUnmapped = unmapped = unmap_image; 可以说，objc_init函数向dyld中注册了三个函数，在dyld加载镜像文件时，如果满足的条件，这三个函数会被调用执行。

根据上述分析，知道map_images函数和load_images函数是沟通objc和dyld之间的桥梁，那么map_images函数和load_images函数调用的情形是怎样的了？----- 请看文章末尾的注解。

梳理小结`1`

文章到这里，已经讲了一条比较长的流程了，也许有些童鞋会感到有些迷惑了，那么我们来稍微梳理下，根据上面的分析，再回过头来，看案例里面的堆栈信息，就能感到不那么陌生了：未命名文件-8.png

梳理流程：_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> runInitializers --> processInitializers --> recursiveInitialization。这只是在dyld库里面所进行的流程，要到达_objc_init函数，还有其他库的参与，所以，我们还需要接着往下探索。

从`_objc_init`函数反推

现在我们要想弄清楚接下来的流程。目前，我们已经知道在objc源码里面，运行空工程，都能执行_objc_init函数，那么就在这个函数上打上断点，查看他的堆栈信息：通过这些信息，我们可以知道，在我们推导到的recursiveInitialization函数之后，还需要执行多个函数，才能到_objc_init函数，现在已知的就这两个条件了，那么需要进行反推，从_objc_init函数开始，往前推导。

`_os_object_init`函数的调用

根据堆栈信息，_objc_init函数是由_os_object_init函数调起的。堆栈信息里面，_os_object_init函数在libdispatch库里面，那么打开这个库的代码，查找该函数。通过源码知道，_os_object_init函数是调用了_objc_init函数。接着，是libdispatch_init函数，调用了_os_object_init函数。所以还是要全局索引libdispatch_init函数，

void
libdispatch_init(void)
{
	。。。。。。省略配置代码。。。。。
#endif
	_dispatch_hw_config_init();
	_dispatch_time_init();
	_dispatch_vtable_init();
	_os_object_init();//--------调用了
	_voucher_init();
	_dispatch_introspection_init();
}

从源码上，libdispatch_init函数是调用了_os_object_init函数。

`libSystem_initializer`函数的调用

再根据堆栈信息，是libSystem_initializer函数调用了libdispatch_init函数，而由堆栈信息可以知道libSystem_initializer函数是在libSystem库里面，那么打开这个库的源码，进行查找。看源码：在libSystem_initializer函数里面，的确调用了libdispatch_init函数。

`doModInitFunctions`函数的调用

再回到堆栈信息里面，调用libSystem_initializer函数的是doModInitFunctions函数，而doModInitFunctions函数数属于dyld库里面的。看doModInitFunctions函数的实现源码：这里面有一句注释，libSystem initializer must run first(必须最先加载libSystem库)。根据前面的分析，我们知道，dyld是加载所有的镜像文件。而libdispatch库和objc，都是依赖于libSystem库的。所以，libSystem库为第一要加载的库。由此就可以推断出，doModInitFunctions函数必然是对libSystem库进行加载。

也可以说，doModInitFunctions函数加载了所有C++文件。为什么这么说了，一个下案例：从左侧的堆栈信息结果上看，在加载kcFunc()函数时，先执行doModInitFunctions函数。

`doInitialization`函数的调用

还是回到堆栈信息里面，由doInitialization函数调用了doModInitFunctions函数（也可以在dyld库里面，全文索引doModInitFunctions函数）。看源码：

接这再往前找，也可以在dyld库里面，全文索引doInitialization函数，看源码：是在recursiveInitialization函数里面调用的doInitialization函数。

至此，就和前面的推导衔接了起来。

梳理小结`2`

从dyld库，再到libdispatch库和libSystem库，形成一个通顺的流程：

_dyld_start --> dyldbootstrap::start --> dyld::_main --> dyld::initializeMainExecutable --> ImageLoader::runInitializers --> ImageLoader::processInitializers --> ImageLoader::recursiveInitialization --> doInitialization --> doModInitFunctions -->libSystem_initializer（libSystem.B.dylib） --> _os_object_init（libdispatch.dylib） --> _objc_init(libobjc.A.dylib)

再配上一张总的流程图：

`main()`函数的调用

当执行完_objc_init函数之后，就来到了main()函数。那么他是怎样实现这一步的了？根据dyld源码，在_dyld_start的汇编中，通过注释，可以知道是如何跳转进入main()里面的：当然，我们也能在我们的案例工程里面，通过打印得知。在汇编中，知道是存在rax寄存器里面，那么在工程里面：

而main也是作为特定的符号，写在dyld里面，不能随意修改。

注解：`map_images`和`load_images`调用情况

根据前面的分析，我们可以知道map_images函数和load_images函数是沟通objc和dyld之间的桥梁。需要我们把这里面的细节理清楚。

传入map_images和load_images，是在objc的_objc_init函数里面调用的_dyld_objc_notify_register函数：未命名文件-5.png 而_objc_init函数是由dyld里面的doModInitFunctions函数对接初始化的。与此同时，在dyld中，是由registerObjCNotifiers进行赋值：未命名文件-2.png

根据赋值情况，先看map_images，就可以找有sNotifyObjCMapped的使用地方了。在dyld中全文索引：在notifyBatchPartial函数里面，当sNotifyObjCMapped不为NULL时，就直接调用。也就是map_images的调用。回到registerObjCNotifiers里面，就能看到，notifyBatchPartial函数就在这个函数里面调用了：而load_images也同样在registerObjCNotifiers里面，且依照代码排列顺序，是map_images先执行，load_images后执行。完成注册情况。

我们也可以在objc源码中做个测试，分别在map_images函数和load_images函数上打上断点，看执行的顺序：先执行map_images，由左侧的堆栈信息可知：_objc_init --> _dyld_objc_notify_register --> notifyBatchPartial --> map_images. 再执行load_images，由左侧的堆栈信息可知：_objc_init --> _dyld_objc_notify_register --> registerObjCNotifiers --> load_images.

小结：dyld进行加载镜像文件，初始化主程序的时候，会加载libObjc.dylib库，此时，objc会向dyld注册三个方法：map_images、load_images、unmap_image，并且map_images会先执行，而load_images后执行！

iOS底层探究-----程序加载流程

前言

资源准备

进入正文

案例引入

提出问题：为什么会进入到_objc_init函数？

引入案例准备工作

dyld的宏观流程

从汇编_dyld_start到C++的dyldbootstrap::start

从dyldbootstrap::start进入dyld::_main()

实例化主程序instantiateFromLoadedImage()

加载插入的动态库loadInsertedDylib

共享缓存加载mapSharedCache

link主程序

弱引用绑定主程序weakBind

通知dyld可以进入main()函数

初始化initializeMainExecutable

进入初始化initializeMainExecutable

runInitializers函数的执行内容

processInitializers初始化的准备

recursiveInitialization递归初始化

notifySingle

sNotifyObjCInit的详情

registerObjCNotifiers的调用

梳理小结1

从_objc_init函数反推

_os_object_init函数的调用

libSystem_initializer函数的调用

doModInitFunctions函数的调用

doInitialization函数的调用

梳理小结2

main()函数的调用

注解：map_images和load_images调用情况