Как среда выполнения Objective-C извлекает список классов и методов?

Если я получаю следующий Objective-C исходный файл:

// test.m
#import <objc/Object.h>

@interface MySuperClass: Object {

}
-(void) myMessage1;
@end

@implementation MySuperClass
-(void) myMessage1 {

}
@end

@interface MyClass: MySuperClass {

}
-(void) myMessage2;
@end

@implementation MyClass
-(void) myMessage2 {

}
@end

int main() {

    return 0;
}

и попытайтесь сгенерировать файл сборки из него с помощью clang -fobjc-nonfragile-abi -fnext-runtime -S test.m, я получаю следующий код сборки:

    .file   "test.m"
    .text
    .align  16, 0x90
    .type   _2D__5B_MySuperClass_20_myMessage1_5D_,@function
_2D__5B_MySuperClass_20_myMessage1_5D_: # @"\01-[MySuperClass myMessage1]"
.Ltmp0:
    .cfi_startproc
# BB#0:
    movq    %rdi, -8(%rsp)
    movq    %rsi, -16(%rsp)
    ret
.Ltmp1:
    .size   _2D__5B_MySuperClass_20_myMessage1_5D_, .Ltmp1-_2D__5B_MySuperClass_20_myMessage1_5D_
.Ltmp2:
    .cfi_endproc
.Leh_func_end0:

    .align  16, 0x90
    .type   _2D__5B_MyClass_20_myMessage2_5D_,@function
_2D__5B_MyClass_20_myMessage2_5D_:      # @"\01-[MyClass myMessage2]"
.Ltmp3:
    .cfi_startproc
# BB#0:
    movq    %rdi, -8(%rsp)
    movq    %rsi, -16(%rsp)
    ret
.Ltmp4:
    .size   _2D__5B_MyClass_20_myMessage2_5D_, .Ltmp4-_2D__5B_MyClass_20_myMessage2_5D_
.Ltmp5:
    .cfi_endproc
.Leh_func_end1:

    .globl  main
    .align  16, 0x90
    .type   main,@function
main:                                   # @main
.Ltmp6:
    .cfi_startproc
# BB#0:
    movl    $0, %eax
    movl    $0, -4(%rsp)
    ret
.Ltmp7:
    .size   main, .Ltmp7-main
.Ltmp8:
    .cfi_endproc
.Leh_func_end2:

    .type   L_OBJC_CLASS_NAME_,@object # @"\01L_OBJC_CLASS_NAME_"
    .section    "__TEXT,__objc_classname,cstring_literals","aw",@progbits
L_OBJC_CLASS_NAME_:
    .asciz   "MySuperClass"
    .size   L_OBJC_CLASS_NAME_, 13

    .type   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MySuperClass,@object # @"\01l_OBJC_METACLASS_RO_$_MySuperClass"
    .section    "__DATA, __objc_const","aw",@progbits
    .align  8
l_OBJC_METACLASS_RO_$_MySuperClass:
    .long   1                       # 0x1
    .long   40                      # 0x28
    .long   40                      # 0x28
    .zero   4
    .quad   0
    .quad   L_OBJC_CLASS_NAME_
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .size   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MySuperClass, 72

    .type   OBJC_METACLASS_$_MySuperClass,@object # @"OBJC_METACLASS_$_MySuperClass"
    .section    "__DATA, __objc_data","aw",@progbits
    .globl  OBJC_METACLASS_$_MySuperClass
    .align  8
OBJC_METACLASS_$_MySuperClass:
    .quad   OBJC_METACLASS_$_Object
    .quad   OBJC_METACLASS_$_Object
    .quad   _objc_empty_cache
    .quad   _objc_empty_vtable
    .quad   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MySuperClass
    .size   OBJC_METACLASS_$_MySuperClass, 40

    .type   L_OBJC_METH_VAR_NAME_,@object # @"\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_"
    .section    "__TEXT,__objc_methname,cstring_literals","aw",@progbits
L_OBJC_METH_VAR_NAME_:
    .asciz   "myMessage1"
    .size   L_OBJC_METH_VAR_NAME_, 11

    .type   L_OBJC_METH_VAR_TYPE_,@object # @"\01L_OBJC_METH_VAR_TYPE_"
    .section    "__TEXT,__objc_methtype,cstring_literals","aw",@progbits
L_OBJC_METH_VAR_TYPE_:
    .asciz   "[email protected]:8"
    .size   L_OBJC_METH_VAR_TYPE_, 8

    .type   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MySuperClass,@object # @"\01l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MySuperClass"
    .section    "__DATA, __objc_const","aw",@progbits
    .align  8
l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MySuperClass:
    .long   24                      # 0x18
    .long   1                       # 0x1
    .quad   L_OBJC_METH_VAR_NAME_
    .quad   L_OBJC_METH_VAR_TYPE_
    .quad   _2D__5B_MySuperClass_20_myMessage1_5D_
    .size   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MySuperClass, 32

    .type   l_OBJC_CLASS_RO_$_MySuperClass,@object # @"\01l_OBJC_CLASS_RO_$_MySuperClass"
    .align  8
l_OBJC_CLASS_RO_$_MySuperClass:
    .long   0                       # 0x0
    .long   8                       # 0x8
    .long   8                       # 0x8
    .zero   4
    .quad   0
    .quad   L_OBJC_CLASS_NAME_
    .quad   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MySuperClass
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .size   l_OBJC_CLASS_RO_$_MySuperClass, 72

    .type   OBJC_CLASS_$_MySuperClass,@object # @"OBJC_CLASS_$_MySuperClass"
    .section    "__DATA, __objc_data","aw",@progbits
    .globl  OBJC_CLASS_$_MySuperClass
    .align  8
OBJC_CLASS_$_MySuperClass:
    .quad   OBJC_METACLASS_$_MySuperClass
    .quad   OBJC_CLASS_$_Object
    .quad   _objc_empty_cache
    .quad   _objc_empty_vtable
    .quad   l_OBJC_CLASS_RO_$_MySuperClass
    .size   OBJC_CLASS_$_MySuperClass, 40

    .type   L_OBJC_CLASS_NAME_1,@object # @"\01L_OBJC_CLASS_NAME_1"
    .section    "__TEXT,__objc_classname,cstring_literals","aw",@progbits
L_OBJC_CLASS_NAME_1:
    .asciz   "MyClass"
    .size   L_OBJC_CLASS_NAME_1, 8

    .type   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MyClass,@object # @"\01l_OBJC_METACLASS_RO_$_MyClass"
    .section    "__DATA, __objc_const","aw",@progbits
    .align  8
l_OBJC_METACLASS_RO_$_MyClass:
    .long   1                       # 0x1
    .long   40                      # 0x28
    .long   40                      # 0x28
    .zero   4
    .quad   0
    .quad   L_OBJC_CLASS_NAME_1
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .size   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MyClass, 72

    .type   OBJC_METACLASS_$_MyClass,@object # @"OBJC_METACLASS_$_MyClass"
    .section    "__DATA, __objc_data","aw",@progbits
    .globl  OBJC_METACLASS_$_MyClass
    .align  8
OBJC_METACLASS_$_MyClass:
    .quad   OBJC_METACLASS_$_Object
    .quad   OBJC_METACLASS_$_MySuperClass
    .quad   _objc_empty_cache
    .quad   _objc_empty_vtable
    .quad   l_OBJC_METACLASS_RO_$_MyClass
    .size   OBJC_METACLASS_$_MyClass, 40

    .type   L_OBJC_METH_VAR_NAME_2,@object # @"\01L_OBJC_METH_VAR_NAME_2"
    .section    "__TEXT,__objc_methname,cstring_literals","aw",@progbits
L_OBJC_METH_VAR_NAME_2:
    .asciz   "myMessage2"
    .size   L_OBJC_METH_VAR_NAME_2, 11

    .type   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass,@object # @"\01l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass"
    .section    "__DATA, __objc_const","aw",@progbits
    .align  8
l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass:
    .long   24                      # 0x18
    .long   1                       # 0x1
    .quad   L_OBJC_METH_VAR_NAME_2
    .quad   L_OBJC_METH_VAR_TYPE_
    .quad   _2D__5B_MyClass_20_myMessage2_5D_
    .size   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass, 32

    .type   l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass,@object # @"\01l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass"
    .align  8
l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass:
    .long   0                       # 0x0
    .long   8                       # 0x8
    .long   8                       # 0x8
    .zero   4
    .quad   0
    .quad   L_OBJC_CLASS_NAME_1
    .quad   l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .quad   0
    .size   l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass, 72

    .type   OBJC_CLASS_$_MyClass,@object # @"OBJC_CLASS_$_MyClass"
    .section    "__DATA, __objc_data","aw",@progbits
    .globl  OBJC_CLASS_$_MyClass
    .align  8
OBJC_CLASS_$_MyClass:
    .quad   OBJC_METACLASS_$_MyClass
    .quad   OBJC_CLASS_$_MySuperClass
    .quad   _objc_empty_cache
    .quad   _objc_empty_vtable
    .quad   l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass
    .size   OBJC_CLASS_$_MyClass, 40

    .type   L_OBJC_LABEL_CLASS_$,@object # @"\01L_OBJC_LABEL_CLASS_$"
    .section    "__DATA, __objc_classlist, regular, no_dead_strip","aw",@progbits
    .align  8
L_OBJC_LABEL_CLASS_$:
    .quad   OBJC_CLASS_$_MySuperClass
    .quad   OBJC_CLASS_$_MyClass
    .size   L_OBJC_LABEL_CLASS_$, 16

    .type   L_OBJC_IMAGE_INFO,@object # @"\01L_OBJC_IMAGE_INFO"
    .section    "__DATA, __objc_imageinfo, regular, no_dead_strip","a",@progbits
    .align  4
L_OBJC_IMAGE_INFO:
    .long   0                       # 0x0
    .long   16                      # 0x10
    .size   L_OBJC_IMAGE_INFO, 8


    .section    ".note.GNU-stack","",@progbits

Мой вопрос: каким образом библиотека выполнения Objective-C, которая должна быть связана с test.o, чтобы исполняемый файл мог быть успешно создан, извлекает список методов для создания, например, таблицы vtable? Можно ли использовать директивы сборки .section ..., @function, .section ..., @object или .section ..., @progbits для получения этой информации, по крайней мере, при связывании времени?

Ответы

Ответ 1

Компилятор, компоновщик и среда выполнения работают вместе.

Сначала компилятор анализирует исходный код для каждого класса и испускает директивы типа .long, .zero и .quad, описывающие переменные экземпляра класса, свойства, селектора и методы. Ассемблер превращает эти директивы в необработанные данные.

Данные находятся в формате, который понимает среда выполнения. Например, данные, начинающиеся с символа OBJC_CLASS_$_MyClass, соответствуют макету времени выполнения struct class_t (определенному в objc-runtime-new.h). Данные в символе l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass соответствуют макету времени выполнения struct class_ro_t (хотя большинство полей равны 0, поскольку среда выполнения обновляет их при загрузке класса). struct class_ro_t имеет поле baseMethods типа method_list_t *, которое в случае l_OBJC_CLASS_RO_$_MyClass инициализируется значением l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass. В l_OBJC_$_INSTANCE_METHODS_MyClass вы найдете данные, выложенные как a struct method_list_t, который заканчивается массивом struct method_t - по одному для каждого метода в классе. В вашем примере это не очень интересно, потому что каждый из ваших классов имеет только один метод.

Компилятор использует директивы .section, чтобы сообщить компоновщику, как группировать фрагменты этих данных вместе. Например, все фрагменты struct class_t будут собраны вместе в разделе с именем __objc_classlist. Таким образом, среда выполнения может просто искать раздел с именем __objc_classlist, а затем обрабатывать весь раздел как массив struct class_t. Взгляните на макрос GETSECT в objc-file.mm.

Компоновщик организует функцию _objc_init (objc-os.mm) для запуска очень рано в течение всего процесса, до main. Функция _objc_init регистрирует некоторые обратные вызовы с помощью динамического загрузчика. В частности, он сообщает загрузчику позвонить map_images (в objc-runtime-new.mm), который вызывает map_images_nolock, который в итоге вызывает _read_images. Функция _read_images фактически анализирует эти фрагменты данных, испускаемых компилятором, и превращает их в структуры данных, которые objc_msgSend использует для фактической отправки сообщений объектам.

Вы можете загрузить архив исходного кода операционной системы Mac OS X 10.8 Objective-C, чтобы узнать больше. Этот архив также содержит исходные файлы для iOS/ARM (и даже Windows!), Хотя он может не соответствовать любой версии iOS.

Ответ 2

Это не то, что среда выполнения знает, как читать вашу программу, но что интерфейс objc переводит базу кода для использования среды выполнения.