iOS底层原理（一）：苹果开源 objc4-818 源码项目的编译和调试

蒲公英少年带我飞
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开篇

作为一名iOS程序员，探索OC底层原理永不止息，同时也是永远的痛，最开始只能靠猜测！后面慢慢找到了苹果官方开源的源码来辅助看一下，但是尽管这样，还是显得不太直观！如果objc源码能够像我们自己创建的项目一样直接编译调试，像我们自己的代码一样能够直接 LLDB 调试，流程跟踪，那简直不要太爽。废话不多说，开炮~ 哦，不是，是开干~！🚀

一、准备工作

苹果官方开源源码地址：
  1. opensource.apple.com/releases/ 0.png
  2. opensource.apple.com/tarballs/ob… 1.png

上面这两种方式，自行下载即可。我这里下载的是目前最新的objc4-818.2版本！

系统版本、开发工具、objc源码
  • macOS Big Sur 11.1
  • Xcode 12.5.1
  • objc4-818.2
依赖文件

dyld-852.2 在 macOS 11.5 中

Libc-825.40.1 在 Mac OS X 10.8.5 中

Libc-1439.141.1 在 macOS 11.5 中

libclosure-79 在 macOS 11.3 ~ macOS 11.5 中

libplatform-254.80.2 在 macOS 11.2 ~ macOS 11.5 中

libplatform-220.100.1 在 macOS 10.15.4~macOS 10.15.6 中

libpthread-454.120.2 在 macOS 11.4~macOS 11.5 中

xnu-7195.141.2 在 macOS 11.5 中

2.png

以上是依赖源文件库的版本，可以到官方Open Source上去下载，如图： 3.png

也可以直接点击上面对应的文件名跳转到GitHub上，然后再下载，比如：dyld-852.2，GitHub结果如图： 4.png

注意：建议依赖的文件库最好去官方Open Source上去下载，这样可以帮助你了解官方网站的玩法，并且版本尽量下载最新版，在macOS新版本找不到对应的文件库就从之前的macOS版本去找。

二、objc源码项目编译和遇到问题解决

下载好objc4-818.2的源码后，解压后打开objc.xcodeproj 5.png

然后选中objc这个target进行编译 6.png

注意：以下错误顺序不分先后，我只是按照我这边遇到错误的顺序依次解决，小伙伴们如果遇到问题对应不上的，可以往前或往后翻一翻，对照相应的错误进行解决

报错1：'unable to find sdk 'macosx.internal'

第一次编译会出现两个'unable to find sdk 'macosx.internal'的报错，objc 和 objc-trampolines 这两个target都有这个问题。 7.png

解决方式：

  • 找到BuildSettings，分别设置 objc、objc-trampolines的Base SDK为macOS。
target -> objc -> BuildSettings -> Base SDK -> macOS
target -> objc-trampolines -> BuildSettings -> Base SDK -> macOS

8.png

报错2：'sys/reason.h' file not found

再次运行，出现'sys/reason.h' file not found错误 9.png 这个reason.h文件在哪儿呢？这时候就需要用到我们前面下载的文件依赖库了。reason.h就在下载的文件库 xnu-7195.141.2/bsd/sys目录下。

解决方式：

  1. 在objc4-818.2工程的根目录下新建一个名为JQDependencies（文件名随便取）的文件夹，然后JQDependencies下创建子文件夹sys
  2. 将xnu-7195.141.2/bsd/sys目录下的reason.h文件copy到**JQDependencies/sys/**目录下
  3. 然后设置一下文件的搜索路径 Header Search Paths 10.png

11.png

12.png

报错3：'mach-o/dyld_priv.h' file not found

再次运行，会出现'mach-o/dyld_priv.h' file not found这个错误

13.png

这个报错和错误2是同样的道理，是缺少了dyld_priv.h这个文件，dyld_priv.h文件在在dyld-852.2/include/mach-o目录下

解决方式：

  1. 在JQDependencies目录下同样创建一个mach-o文件夹
  2. 将dyld_priv.h从dyld-852.2/include/mach-o目录下copy到JQDependencies/mach-o目录下

14.png

15.png

  1. 拷贝之后还需要在 dyld_priv.h 文件添加以下宏定义
#define DYLD_MACOSX_VERSION_10_11 0x000A0B00
#define DYLD_MACOSX_VERSION_10_12 0x000A0C00
#define DYLD_MACOSX_VERSION_10_13 0x000A0D00
#define DYLD_MACOSX_VERSION_10_14 0x000A0E00

16.png

  1. 然后在项目中点击**# include <mach-o/dyld_priv.h>跳转到dyld_priv.h文件中，查看其中是否有 bridgeos(3.0) 的函数参数报错，如果有报错则删除bridgeos(3.0)**参数。

17.png

18.png

报错4：'os/lock_private.h' file not found

再次编译运行，会出现'os/lock_private.h' file not found错误

19.png

同理，我们在依赖库中找到文件位置，创建对应文件路径并将目标文件copy到对应的路径下即可。lock_private.h文件在libplatform-254.80.2/private/os目录下

解决方式：

  1. 在JQDependencies目录下同样创建一个os文件夹
  2. 将lock_private.h从libplatform-254.80.2/private/os目录下copy到JQDependencies/os目录下 此处就不贴图了，按照报错2的方式去对应的路径下找文件即可。
报错5：'os/base_private.h' file not found

再次编译运行，会出现'os/base_private.h' file not found错误

同理，我们在依赖库中找到文件位置，创建对应文件路径并将目标文件copy到对应的路径下即可。base_private.h文件在libplatform-254.80.2/private/os目录下

解决方式：

  1. 将base_private.h从libplatform-254.80.2/private/os目录下copy到JQDependencies/os目录下
报错6：'pthread/tsd_private.h' file not found

再次编译运行，会出现 'pthread/tsd_private.h' file not found错误

同理，我们在依赖库中找到文件位置，创建对应文件路径并将目标文件copy到对应的路径下即可。tsd_private.h文件在*libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread**目录下

解决方式：

  1. 在JQDependencies目录下同样创建一个pthread文件夹
  2. 将tsd_private.h从libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread目录下copy到JQDependencies/pthread目录下
报错7：'pthread/spinlock_private.h' file not found

同理，我们在依赖库中找到文件位置，创建对应文件路径并将目标文件copy到对应的路径下即可。spinlock_private.h文件也在*libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread**目录下

解决方式：

  1. 将spinlock_private.h从libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread目录下copy到JQDependencies/pthread目录下
报错8：'System/machine/cpu_capabilities.h' file not found

同样是找到文件位置，cpu_capabilities.h文件在xnu-7195.141.2/osfmk/machine目录下

解决方式：

  1. 在JQDependencies目录下同样创建一个System/machine文件夹。
  2. 将cpu_capabilities.h从xnu-7195.141.2/osfmk/machine目录下copy到**JQDependencies/System/machine/**目录下

这里要注意的是：上面的文件丢失都是创建的单层文件夹，这里是System和machine两层文件夹，主要是看报错提示的路径，比如：'System/machine/cpu_capabilities.h'需要的System/machine/两层

报错9：'os/tsd.h' file not found

同样是找到文件位置，tsd.h文件在xnu-7195.141.2/libsyscall/os目录下

解决方式：

  1. 将tsd.h从xnu-7195.141.2/libsyscall/os目录下copy到**JQDependencies/os/**目录下
报错10：'System/pthread_machdep.h' file not found

同样是找到文件位置，pthread_machdep.h文件在Libc-825.40.1/pthreads目录下。 注意：经过一番探索，我发现pthread_machdep.h只在Libc-825.40.1及以下版本才有 20.png

解决方式：

  1. 将pthread_machdep.h从Libc-825.40.1/pthreads目录下copy到**JQDependencies/System/**目录下
报错11：'CrashReporterClient.h' file not found

同样是找到文件位置，CrashReporterClient.h文件在Libc-825.40.1/include目录下。

解决方式：

  1. 将CrashReporterClient.h从Libc-825.40.1/include目录下copy到**JQDependencies/**目录下

21.png

导入CrashReporterClient.h文件后，如果还报错，用以下两种方式解决：

  • 第一种：需要在 Build Settings -> Preprocessor Macros 中加入：LIBC_NO_LIBCRASHREPORTERCLIENT

22.png

  • 第二种：在CrashReporterClient.h中添加如下宏定义
#define LIBC_NO_LIBCRASHREPORTERCLIENT

23.png

报错12：Typedef redefinition with different types ('int' vs 'volatile OSSpinLock' (aka 'volatile int'))

pthread_lock_t重复定义了

解决方式：

  • 注释掉 在**pthread_machdep.h*文件中的定义

24.png

报错13：

Static declaration of '_pthread_has_direct_tsd' follows non-static declaration 和 Static declaration of '_pthread_getspecific_direct' follows non-static declaration

解决方式：

  • 把这些声明在**pthread_machdep.h*文件中注释掉就行

25.png

报错14：/JQDependencies/os/lock_private.h:288:37: Expected ','

26.png

解决方式：

  • 把这个函数中的bridgeos(4.0)参数删除即可
报错15：Use of undeclared identifier 'dyld_fall_2020_os_versions'

** 解决方式：**

  • 注释掉就行

27.png

28.png

报错16：'objc-shared-cache.h' file not found

同样是找到文件位置，objc-shared-cache.h文件在dyld-852.2/include目录下。

解决方式：

  1. 将objc-shared-cache.h从dyld-852.2/include目录下copy到**JQDependencies/**目录下
报错17：'objc-bp-assist.h' file not found

解决方式：

  • 注释掉objc-bp-assist.h这个文件的引用
报错18：Use of undeclared identifier 'dyld_platform_version_macOS_10_13'

解决方式：

  • 注释掉该段代码

29.png

30.png

报错19：Use of undeclared identifier 'dyld_platform_version_macOS_10_11'

解决方式：

  • 注释掉该段代码

31.png

32.png

报错20：Use of undeclared identifier 'dyld_fall_2018_os_versions'

解决方式：

  • 注释掉该段代码

33.png

34.png

报错21：'_simple.h' file not found

同样是找到文件位置，_simple.h'文件在libplatform-libplatform-220.100.1/private目录下。

解决方式：

  1. 将_simple.h从libplatform-libplatform-220.100.1/private目录下copy到**JQDependencies/**目录下
报错22：'os/linker_set.h' file not found

同样是找到文件位置，linker_set.h'文件在xnu-7195.141.2/bsd/sys目录下。

解决方式：

  1. 将linker_set.h从xnu-7195.141.2/bsd/sys目录下copy到JQDependencies/os目录下
报错23：'Cambria/Traps.h' file not found

解决方式：

  • 文件开源网站找不到 ，选择注释头文件引用

35.png

报错24：'Block_private.h' file not found

同样是文件缺失，Block_private.h这个文件在 **libclosure-79/**目录下

解决方式：

  1. 将Block_private.h从**libclosure-79/目录下copy到JQDependencies/**目录下
报错25：'kern/restartable.h' file not found

同样是文件缺失，restartable.h这个文件在 **xnu-7195.141.2/osfmk/kern/**目录下

解决方式：

  1. 在JQDependencies/目录下创建一个kern文件夹
  2. 将restartable.h从**xnu-7195.141.2/osfmk/kern/目录下copy到JQDependencies/kern/**目录下
报错26：**Use of undeclared identifier 'oah_is_current_process_translated' 和

Use of undeclared identifier 'objc_thread_get_rip'**

36.png

解决方式：

  • 在objc_cache.mm文件中注释掉1121-1128行，保留1127行，如图：

37.png

报错27：'os/feature_private.h' file not found

解决方式：

  • 这个引用头文件直接注释掉

38.png

报错28：'os/reason_private.h' file not found

同样是文件缺失，reason_private.h这个文件在 **xnu-7195.141.2/libkern/os/**目录下

解决方式：

  1. 将reason_private.h从**xnu-7195.141.2/libkern/os/目录下copy到JQDependencies/os/**目录下
报错29：'os/variant_private.h' file not found

同样是文件缺失，variant_private.h这个文件在 **Libc-1439.141.1/os/**目录下

解决方式：

  1. 将variant_private.h从**Libc-1439.141.1/os/目录下copy到JQDependencies/os/**目录下
报错30：Use of undeclared identifier 'dyld_platform_version_bridgeOS_2_0'

39.png

解决方式：

  • 注释掉这5行代码

40.png

报错31：/os/variant_private.h:243:75: Expected ','

41.png

解决方式：

  • 删除bridgeos这个参数
报错32：** '_static_assert' declared as an array with a negative size**

42.png

解决方式：

  • 注释掉这两行代码

43.png

报错33：Can't open order file: /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.3.sdk/AppleInternal/OrderFiles/libobjc.order

44.png

解决方式：

  • target -> objc -> Build Settings，在工程的Order File中添加搜索路径**$(SRCROOT)/libobjc.order**

45.png

报错34：Library not found for -lCrashReporterClient

没有找到CrashReporterClient这个Library库，

46.png

解决方式：

  • target -> objc -> Build Settings，在工程的Other Link Flags 中删除 -lCrashReporterClient

47.png

报错35：Library not found for -loah

和报错34类似，没有找到 oah 这个Library库

解决方式：

  • target -> objc -> Build Settings，在工程的Other Link Flags中删除**-loah**

48.png

报错36：xcodebuild:1:1: SDK "macosx.internal" cannot be located.

解决方式：

  • 选择 target -> objc -> Build Phases -> Run Script(markgc)
  • 把脚本文本macosx.internal改成macosx，和刚开始我们选的base sdk中的macosx对齐

49.png

OK！到此处，再次编译，** Build Succeeded**。objc这个源码库终于可以编译成功了！

50.png

三、objc源码调试

1. 新建target：JQObjcBuildDemo

51.png

52.png

2. 给JQObjcBuildDemo添加依赖库
  • 选择 target -> JQObjcBuildDemo -> General -> Frameworks and Libraries ，点击"+"添加 libobjc.A.dylib

53.png

54.png

  • 然后检查一下，依赖库有没有添加进来。选择 target -> objc -> Build Phases，看一下Dependencies和Link Binary With Libraries，如下图一样添加上了，就OK了！（ps： 如果没有添加，这里手动再添加一次。）

55.png

3. 调试objc源码
  1. 将Build Settings中将Enable Hardened Runtime设置为NO，否则在objc源码下的断点没法断住，这个是Xcode 11的新特性。

56.png

  1. 新建JQPerson类
  2. 在main.m中引入并实例化一个JQPerson
  3. 编译运行，如图

57.png

  1. 按住command，点击**[JQPerson alloc]的alloc**，跳转到objc的源码中**+ (id)alloc{**，在这里打上断点

58.png

59.png

  1. 注意：源码中**+ (id)alloc{这个断点要先禁用，等到程序断点断在了JQPerson *p = [JQPerson alloc];这一行的时候，再去objc源码中开启+ (id)alloc{**这个方法的断点。否则，项目一运行，会有很多alloc方法断住，一步步执行，你会爆炸的。切记！！！

60.png

61.png

62.png

好了，到此，我们就可以愉快的进行objc的源码调试了，感兴趣的小伙伴赶紧来试试吧！

四、总结

  1. 项目中缺失的文件可能在你下载的依赖库中找不到，这个时候就要考虑一下去依赖库的新版本或者旧版本中找一下。比如我上面遇到的：'System/pthread_machdep.h'文件只有在Libc-825.40.1及以下版本才有。
  2. 缺失文件汇总
# 缺失文件名                               (对应的依赖库路径)          
1. 'sys/reason.h' file not found                         (xnu-7195.141.2/bsd/sys)
2. 'mach-o/dyld_priv.h' file not found                   (dyld-852.2/include/mach-o)
3. 'os/lock_private.h' file not found                    (libplatform-254.80.2/private/os)
4. 'os/base_private.h' file not found                    (libplatform-254.80.2/private/os)
5. 'pthread/tsd_private.h' file not found                (libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread)
6. 'pthread/spinlock_private.h' file not found           (libpthread-libpthread-454.120.2/private/pthread)
7. 'System/machine/cpu_capabilities.h' file not found    (xnu-7195.141.2/osfmk/machine)
8. 'os/tsd.h' file not found                             (xnu-7195.141.2/libsyscall/os)
9. 'System/pthread_machdep.h' file not found             (Libc-825.40.1/pthreads)
10. 'CrashReporterClient.h' file not found               (Libc-825.40.1/include)
11. 'objc-shared-cache.h' file not found                 (dyld-852.2/include)
12. 'objc-bp-assist.h' file not found                    文件的引用注释掉
13. '_simple.h' file not found                           (libplatform-libplatform-220.100.1/private)
14. 'os/linker_set.h' file not found                     (xnu-7195.141.2/bsd/sys)
15. 'Cambria/Traps.h' file not found                     文件在开源网站找不到 ，文件的引用注释掉
16. 'Block_private.h' file not found                    （libclosure-79/）
17. 'kern/restartable.h' file not found                 （xnu-7195.141.2/osfmk/kern/）
18. 'os/feature_private.h' file not found                文件的引用注释掉
19. 'os/reason_private.h' file not found                （xnu-7195.141.2/libkern/os/）
20. 'os/variant_private.h' file not found               （Libc-1439.141.1/os/）
  1. 已经完成 objc4-818 源码项目，大家可以直接去GitHub下载：JQObjc4-818.2BuildDebug

五、参考文章

最新macOS 10.15下objc4-779.1源码编译调试

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