【iOS应用启动（二）】环境配置与runtime初始化

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本文基于 dyld-832.7.3 与 objc4-818.2 源码

• 系列文章：
  • 【iOS应用启动（一）】dyld与main函数
  • 【iOS应用启动（二）】环境配置与runtime初始化
  • 【iOS应用启动（三）】镜像文件的读取与加载
  • 【拓展】图解Class的实现（realize）与初始化（initialize）过程
  • 【iOS应用启动（四）】分类的加载

前言

结合上一文【iOS应用启动（一）】dyld与main函数及符号断点我们找到了 _objc_init 的调用栈

• dyld`ImageLoaderMachO::doModInitFunctions
• libSystem.B.dylib`libSystem_initializer
• libdispatch.dylib`libdispatch_init
• libdispatch.dylib`_os_object_init
• libobjc.A.dylib`_objc_init

一、 _objc_init 做了什么

• 引导初始化，使用 dyld 注册 images。
• 在库初始化时间之前由 libSystem 调用

/***********************************************************************
* _objc_init
* Bootstrap initialization. Registers our image notifier with dyld.
* Called by libSystem BEFORE library initialization time
**********************************************************************/

1.1 源码分析

void _objc_init(void)
{
    static bool initialized = false;
    if (initialized) return;
    initialized = true;
    
    // fixme defer initialization until an objc-using image is found?
    /// 初始化环境变量
    environ_init();

    /// 关于线程`key`的绑定：比如线程数据的析构函数
    tls_init();
    
    /// 调用全局静态C++构造函数
    static_init();
    
    /// runtime 运行时环境初始化
    runtime_init();
    
    /// 初始化 `libobjc` 的异常处理系统
    exception_init();

#if __OBJC2__
    /// 缓存条件初始化
    cache_t::init();
#endif
    /// 启动回调机制
    _imp_implementationWithBlock_init();

    _dyld_objc_notify_register(&map_images, load_images, unmap_image);

#if __OBJC2__
    didCallDyldNotifyRegister = true;
#endif
}

下面我们将对一些重要步骤进行说明：

• environ_init
  • 初始化环境变量
• tls_init
  • 关于线程key的绑定：比如线程数据的析构函数
• static_init
  • 调用全局静态C++构造函数
• runtime_init
  • runtime 运行时环境初始化
• exception_init
  • 初始化 libobjc 的异常处理系统
• cache_t::init()
  • 缓存条件初始化
• _imp_implementationWithBlock_init
  • 启动回调机制
• _dyld_objc_notify_register *

二、 environ_init

初始化环境变量

• 修改环境变量能够有效帮助我们进行开发调试

修改环境变量进行调试

如这样一个场景，项目代码较多，引用的SDK也很多，想要知道哪些类实现了 +load 方法该怎么办？

• 修改一个环境变量即可打印出来
  • 打开 Edit Scheme - Run - Argument 添加环境变量 OBJC_PRINT_LOAD_METHODS = YES 即可打印所有 +load 方法

效果：

objc[58337]: LOAD: category 'NSObject(NSObject)' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[NSObject(NSObject) load]

objc[58337]: LOAD: category 'NSObject(NSObject)' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[NSObject(NSObject) load]

objc[58337]: LOAD: class 'NSColor' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: class 'NSApplication' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: class 'NSBinder' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: class 'NSColorSpaceColor' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: class 'NSNextStepFrame' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[NSColor load]

objc[58337]: LOAD: +[NSApplication load]

objc[58337]: LOAD: +[NSBinder load]

objc[58337]: LOAD: +[NSColorSpaceColor load]

objc[58337]: LOAD: +[NSNextStepFrame load]

objc[58337]: LOAD: category 'NSError(FPAdditions)' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[NSError(FPAdditions) load]

objc[58337]: LOAD: class '_DKEventQuery' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[_DKEventQuery load]

objc[58337]: LOAD: class 'RYModel' scheduled for +load
objc[58337]: LOAD: +[RYModel load]

自定义模型实现了+load方法被打印了出来，+[RYModel load]。

获取可用环境变量

在任意终端输入指令 export OBJC_HELP=1 即可获取环境变量列表，选择自己需要的进行使用，可以提高开发调试的效率哦。

➜  RyukieDevGitBook git:(master) ✗ export OBJC_HELP=1
objc[57485]: Objective-C runtime debugging. Set variable=YES to enable.
objc[57485]: OBJC_HELP: describe available environment variables
objc[57485]: OBJC_PRINT_OPTIONS: list which options are set
objc[57485]: OBJC_PRINT_IMAGES: log image and library names as they are loaded
...

三、 static_init

调用全局静态C++构造函数

• 执行全局静态 C++ 构造函数
• libc 在 dyld 调用构造函数之前 调用 _objc_init()
• 所以我们要自己处理

/***********************************************************************
* static_init
* Run C++ static constructor functions.
* libc calls _objc_init() before dyld would call our static constructors, 
* so we have to do it ourselves.
**********************************************************************/

static void static_init()
{
    size_t count;
    auto inits = getLibobjcInitializers(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        inits[i]();
    }
    auto offsets = getLibobjcInitializerOffsets(&_mh_dylib_header, &count);
    for (size_t i = 0; i < count; i++) {
        UnsignedInitializer init(offsets[i]);
        init();
    }
}

3.1 验证

在我的代码中添加一个C++构造函数

__attribute__((constructor)) void ryFunc() {
    printf("我的constructor：%s \n", __func__);
}

• 发现并没有在这一步骤中执行我的C++构造函数

3.2 思考

这里其实调用的并非所有C++构造函数，而是在底层objc库中的构造函数。

在objc源码中添加一个构造函数：

__attribute__((constructor)) void ryFuncInObjc() {
    printf("我的constructor：%s \n", __func__);
}

此处正常没有输出日志

此处输出了日志

我的constructor：ryFuncInObjc

3.3 总结

• 这里调用的C++构造函数特指 objc源码中定义的一系列构造函数
• 因为全局构造函数非常重要，为了保证全局构造函数调用的及时性，所以这里自己进行了调用。

四、 runtime_init

runtime 运行时环境初始化

void runtime_init(void)
{
    objc::unattachedCategories.init(32);
    objc::allocatedClasses.init();
}

通过查看这里的两个 init 方法我们发现，这两个是集合类型

public:
    template <typename... Ts>
    void init(Ts &&... Args) {
        new (_storage) Type(std::forward<Ts>(Args)...);
    }

    Type &get() {
        return *reinterpret_cast<Type *>(_storage);
    }
};

4.1 unattachedCategories

static UnattachedCategories unattachedCategories;

} // namespace objc

4.2 allocatedClasses

一个存储所有已经被 allocated 的类和元类的表

/***********************************************************************
* allocatedClasses
* A table of all classes (and metaclasses) which have been allocated
* with objc_allocateClassPair.
**********************************************************************/
namespace objc {
static ExplicitInitDenseSet<Class> allocatedClasses;
}

五、 exception_init

初始化 libobjc 的异常处理系统

/***********************************************************************
* exception_init
* Initialize libobjc's exception handling system.
* Called by map_images().
**********************************************************************/
void exception_init(void)
{
    old_terminate = std::set_terminate(&_objc_terminate);
}

• 需要的话也可以自定义一异常捕捉回调

FOUNDATION_EXPORT void NSSetUncaughtExceptionHandler(NSUncaughtExceptionHandler * _Nullable);

六、 _imp_implementationWithBlock_init

启动回调机制。通常不会做什么，因为所有的初始化都是懒加载的，但是对于某些进程，会迫不及待的加载 trampolines dylib。

七、 _dyld_objc_notify_register

这里进行了镜像文件的读取与加载，移步【iOS应用启动（三）】镜像文件的读取与加载详细了解。