工欲善其事必先利其器 --《論語·衛(wèi)靈公》
一個好的IDE不僅要提供舒適簡潔和方便的源代碼編輯環(huán)境，還要提供功能強(qiáng)大的調(diào)試環(huán)境。XCODE是目前來說對iOS應(yīng)用開發(fā)支持的最好的IDE(雖然Visual Studio2017也開始支持iOS應(yīng)用的開發(fā)了)，畢竟XCODE和iOS都是蘋果公司的親生兒子。唯一要吐槽的就是系統(tǒng)和編譯環(huán)境綁的太死了，每當(dāng)手機(jī)操作系統(tǒng)的一個小升級，都需要去升級一個好幾G的新版本程序，這確實(shí)是有點(diǎn)坑爹！
目前市面上有很多反編譯的工具，比如IDA、Hopper Disassembler等還有操作系統(tǒng)自帶的工具諸如otool、lldb。這些工具里面有的擅長靜態(tài)分析有的擅長調(diào)試的，這里就不展開分析了。如果在程序運(yùn)行時去窺探一些系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)以及做實(shí)時調(diào)試分析我覺得XCODE本身也非常的棒，既然深入系統(tǒng)我們必須要了解和學(xué)習(xí)一些關(guān)于匯編的東西，那么就必須要了解和掌握一些工具，而XCODE其實(shí)就是你手頭上最方便的工具之一。
你是否在聯(lián)機(jī)運(yùn)行時因?yàn)橄到y(tǒng)崩潰而出現(xiàn)過如下的畫面：
不要慌！它其實(shí)就是XCODE的匯編模式的界面。我們不僅在程序崩潰時可以看到它，我們也可以人為的進(jìn)入到這個界面模式里面。這篇文章更像是一個XCODE工具使用上的一些介紹，您可以經(jīng)常在使用它們，也可能還從來沒有接觸和了解過它們。對于匯編代碼和源代碼之間的切換可以通過菜單：Debug -> Debug Workflow -> Always Show Disassembly 來完成。
記得要設(shè)置有斷點(diǎn)并運(yùn)行到斷點(diǎn)處時切換才能看到匯編指令??！
上一篇文章深入iOS系統(tǒng)底層之指令集介紹中我們有說過模擬器上運(yùn)行的是Intel指令，而真機(jī)上運(yùn)行的是arm指令，在這里我們分別看模擬器和真機(jī)下的匯編指令的差異性：
通過上面三張圖你會發(fā)現(xiàn)其中的源代碼和匯編代碼之間有很大的差異，以及不同指令集下的匯編代碼之間也有很大的差異！匯編代碼的差異其實(shí)就是不同CPU上運(yùn)行的指令的差異。還記得前一篇文章所說的指令集嗎？前者是在模擬器上運(yùn)行的所以展示的是x64的指令，而后者是在真機(jī)上運(yùn)行的因此展示的是arm64指令。通過圖片對比你能否發(fā)現(xiàn)他們之間的相同點(diǎn)和差異嗎？
可能有的同學(xué)會說為什么我打開了匯編模式我還是看不到匯編代碼？那是因?yàn)槟銢]有給你的代碼設(shè)置斷點(diǎn)！什么是斷點(diǎn)？為什么設(shè)置了斷點(diǎn)程序就會暫停運(yùn)行？ 一般情況下CPU總是按照順序依次執(zhí)行指令并完成任務(wù)，當(dāng)正在執(zhí)行某個任務(wù)時如果遇到了特殊事件或者更高優(yōu)先級的任務(wù)時就需要打斷現(xiàn)有執(zhí)行的代碼并去執(zhí)行優(yōu)先級更高的代碼，這種機(jī)制就是中斷。中斷有因?yàn)橥獠坑布O(shè)備事件而產(chǎn)生的硬中斷, 同時CPU也提供一個軟中斷指令。當(dāng)在代碼里面執(zhí)行一條軟中斷指令時，程序就會暫停運(yùn)行，同時CPU把操作權(quán)限提交給操作系統(tǒng)來執(zhí)行中斷處理程序。當(dāng)我們在程序某處設(shè)置了斷點(diǎn)或者某個指令處設(shè)置斷點(diǎn)時，系統(tǒng)會將斷點(diǎn)處的指令保存到一個臨時的斷點(diǎn)列表中，同時將斷點(diǎn)處的指令替換為軟中斷指令，這樣當(dāng)程序運(yùn)行到斷點(diǎn)處時因?yàn)閳?zhí)行的其實(shí)是軟中斷指令，而導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)用的發(fā)生，并執(zhí)行軟中斷處理程序，軟中斷處理程序等待用戶處理斷點(diǎn)處的操作，比如當(dāng)用戶按下的是鍵盤上的Ctrl + F7時，軟中斷處理程序就會把保存在臨時斷點(diǎn)列表中真實(shí)斷點(diǎn)處的指令恢復(fù)到指定的內(nèi)存，同時把下次要執(zhí)行的指令改為真實(shí)的指令，然后再次執(zhí)行真實(shí)的指令，這樣就完成了斷點(diǎn)處指令的繼續(xù)執(zhí)行。（要想了解斷點(diǎn)的具體實(shí)現(xiàn)，需要具有一些匯編的知識，這里就不展開了，后面我會在專門的章節(jié)里面詳解介紹斷點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)原理）。
當(dāng)我們在程序代碼某處設(shè)置了斷點(diǎn)或者指令某處設(shè)置了斷點(diǎn)后，程序執(zhí)行到斷點(diǎn)處時就會暫停下來。這時候如果我們是在匯編模式下，您看到的就是匯編程序斷點(diǎn)，而當(dāng)你在源代碼模式下時，你看到的將是源代碼斷點(diǎn)。 除了在代碼處設(shè)置斷點(diǎn)外我們還可以設(shè)置符號斷點(diǎn)。我們先來考察下面3個應(yīng)用場景：
我們程序的某個視圖的frame值在運(yùn)行時不知道什么原因總是被莫名其妙的改變了，但是你就是不知道在哪里執(zhí)行了視圖frame的更改設(shè)置。這時候一個解決方法就是重載setFrame方法并設(shè)置斷點(diǎn)來調(diào)試查看frame被何時調(diào)用。
我們的上線程序出現(xiàn)了在某個系統(tǒng)方法被調(diào)用時的crash問題，但是因?yàn)槭窍到y(tǒng)的方法我們無法看到其中的源代碼，從而無法進(jìn)行crash問題分析（比如我們遇到的很多沒有上下文的crash).
上面的三個問題我不知道大家會如何去解決？ 其實(shí)這三種場景我們都可以借助于符號斷點(diǎn)來完成。一般情況下我們可以在源代碼某處設(shè)置斷點(diǎn)來調(diào)試程序，對于沒有源代碼的情況下我們則可以通過設(shè)置符號斷點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)程序的調(diào)試和運(yùn)行。要設(shè)置符號斷點(diǎn)很簡單。你只需要在XCODE的菜單：Debug -> Breakpoints -> Create Symbolic Breakpoint 或者快捷鍵:option + command + \ 來建立符號斷點(diǎn)：
建立符號斷點(diǎn)后，當(dāng)某個與符號名相同某個函數(shù)或者方法在執(zhí)行開始前就會產(chǎn)生斷點(diǎn)，從而可以窺探某個方法的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。還可以幫助我們對那些沒有上下文以及非源代碼處產(chǎn)生的崩潰進(jìn)行分析和重現(xiàn)，從而幫助我們定位問題。下面是運(yùn)行符號斷點(diǎn)后的我們看到的兩處符號斷點(diǎn)的匯編語言內(nèi)容：
重慶分公司
重慶分公司
VCTest1`-[ViewController setA:]:
-> 0x1029855e0 <+0>: sub sp, sp, #0x20 ; =0x20
0x1029855e4 <+4>: adrp x8, 4
0x1029855e8 <+8>: add x8, x8, #0x70 ; =0x70
0x1029855ec <+12>: str x0, [sp, #0x18]
0x1029855f0 <+16>: str x1, [sp, #0x10]
0x1029855f4 <+20>: str w2, [sp, #0xc]
0x1029855f8 <+24>: ldr w2, [sp, #0xc]
0x1029855fc <+28>: ldr x0, [sp, #0x18]
0x102985600 <+32>: ldrsw x8, [x8]
0x102985604 <+36>: add x8, x0, x8
0x102985608 <+40>: str w2, [x8]
0x10298560c <+44>: add sp, sp, #0x20 ; =0x20
0x102985610 <+48>: ret
-----------------
libsystem_c.dylib`abs:
-> 0x1813dd984 <+0>: cmp w0, #0x0 ; =0x0
0x1813dd988 <+4>: cneg w0, w0, mi
0x1813dd98c <+8>: ret你是否看到了屬性setA的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)以及函數(shù)abs的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了？
調(diào)試程序是一個程序員應(yīng)該掌握的最基本的工夫，這里就不介紹其他的詳細(xì)的調(diào)試命令以及方法，其他很多文章里面都有介紹了。主要介紹一下調(diào)試代碼時單步運(yùn)行的幾個菜單和快捷鍵：
F7 : 代碼單步執(zhí)行，當(dāng)遇到函數(shù)調(diào)用時會跳入函數(shù)內(nèi)部。
F6: 代碼單獨(dú)執(zhí)行，當(dāng)遇到函數(shù)調(diào)用時不會跳入函數(shù)內(nèi)部。
F8: 跳出函數(shù)執(zhí)行，返回到調(diào)用此函數(shù)的下一句代碼。control + F7 : 指令單步執(zhí)行，當(dāng)遇到函數(shù)調(diào)用時會跳入函數(shù)內(nèi)部。
control + F6: 指令單獨(dú)執(zhí)行，當(dāng)遇到函數(shù)調(diào)用時不會跳入函數(shù)內(nèi)部。 control + shift + F7: 切換到當(dāng)前線程，并執(zhí)行單步指令。
control + shift + F6: 切換到當(dāng)前線程，并跳轉(zhuǎn)到函數(shù)調(diào)用的者的下一條指令。在調(diào)試運(yùn)行時當(dāng)出現(xiàn)斷點(diǎn)時我們可以在lldb命令行中輸入各種調(diào)試命令，其他的不介紹，就單獨(dú)介紹一下expr命令。expr命令其實(shí)是p或者po的完整版本，通過expr命令除了能夠用來顯示外，還可以用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改、方法的調(diào)用等強(qiáng)大能力。下面展示一下一些常用的expr方法：
expr 變量|表達(dá)式 //顯示變量或者表達(dá)式的值。
expr -f h -- 變量|表達(dá)式 //以16進(jìn)制格式顯示變量或表達(dá)式的內(nèi)容
expr -f b -- 變量|表達(dá)式 //以二進(jìn)制格式顯示變量或者表達(dá)式的內(nèi)容。
expr -o -- oc對象 //等價于po oc對象
expr -P 3 -- oc對象 //上面命令的加強(qiáng)版本，他還會顯示出對象內(nèi)數(shù)據(jù)成員的結(jié)構(gòu)，具體的P后面的數(shù)字就是你要想顯示的層次。
expr my_struct->a = my_array[3] //給my_struct的a成員賦值。
expr (char*)_cmd //顯示某個oc方法的方法名。
expr (IMP)[self methodForSelector:_cmd] //執(zhí)行某個方法調(diào)用.程序運(yùn)行時，操作系統(tǒng)為其構(gòu)建出一個進(jìn)程，同時構(gòu)建出一個虛擬的內(nèi)存空間。操作系統(tǒng)將進(jìn)程中的虛擬內(nèi)存空間劃分為代碼存儲區(qū)域、全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲區(qū)域、堆存儲區(qū)域、棧存儲區(qū)域等區(qū)域。每種區(qū)域都有特殊的用途：代碼存儲區(qū)域保存的是程序中的代碼部分(這部分也可稱為映像image)；全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲區(qū)域保存的是一些全局?jǐn)?shù)據(jù)、常量以及一些描述信息(比如runtime里面的所有OC類的定義描述信息也是存儲在這個區(qū)域中)；堆存儲區(qū)域則用來進(jìn)行堆內(nèi)存的動態(tài)分配；棧存儲區(qū)域則保存著函數(shù)中的局部變量。因此可以看出無論是代碼和數(shù)據(jù)在運(yùn)行時都保存在內(nèi)存中。每個進(jìn)程能訪問的內(nèi)存空間的尺寸大小由操作系統(tǒng)決定，一般來說32位的操作系統(tǒng)中每個進(jìn)程的內(nèi)存空間為2^32 = 4GB；而64位的操作系統(tǒng)中每個進(jìn)程的內(nèi)存空間為2^64 = 4TB。需要注意的是這個空間是虛擬的可訪問空間并不是真實(shí)的物理內(nèi)存可訪問的空間，操作系統(tǒng)內(nèi)部通過分頁映射的方式將虛擬空間轉(zhuǎn)化為真實(shí)的物理空間。
進(jìn)程的虛擬內(nèi)存空間是一個可以連續(xù)存儲和訪問的線性空間，為了能夠訪問這些內(nèi)存空間，操作系統(tǒng)為其進(jìn)行了編碼，這個編碼就是內(nèi)存的地址。地址也被稱為指針，因此我們所說的某個變量的指針其實(shí)就是這個變量在內(nèi)存中的地址。為了更好的理解內(nèi)存和地址的概念，你可以將內(nèi)存理解為一個數(shù)組，而地址則是訪問這個數(shù)組元素時所用到的索引。我們對數(shù)組中元素的讀寫操作總是通過索引進(jìn)行，同樣CPU對內(nèi)存中的數(shù)據(jù)訪問時也是通過內(nèi)存地址進(jìn)行的。進(jìn)程中的內(nèi)存地址總是從0開始編碼，并以字節(jié)為單位進(jìn)行遞增，直到虛擬內(nèi)存空間的上限。
上面說過進(jìn)程中的代碼和數(shù)據(jù)都保存在內(nèi)存中，當(dāng)我們要想一覽整個進(jìn)程內(nèi)存中的代碼和數(shù)據(jù)時，你可以在程序運(yùn)行時通過菜單：Debug -> Debug Workflow -> View Memory 或者通過快捷鍵：shift+command + m 來調(diào)用內(nèi)存查看界面:
上面的圖片剛好展示的是一個類的所有方法名稱在內(nèi)存中的位置和布局?？梢钥闯鑫覀兛梢院芊奖愕慕柚榭磧?nèi)存地址菜單的功能來了解以及分析代碼以及數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的結(jié)構(gòu)。你可以在地址輸入欄中輸入你想查看的任意內(nèi)存地址。比如你想查看某個函數(shù)代碼的機(jī)器指令，那么你只需要在匯編模式下將函數(shù)最開始的地址輸入到內(nèi)存查看界面的地址欄中，那么就會展示出這個函數(shù)代碼的所有機(jī)器指令字節(jié)碼。這里還要注意一點(diǎn)的是因?yàn)閮?nèi)存地址是從低位按字節(jié)依次排列而來，所以對于比如int類型的值的讀取我們就要從高位到低位開始讀取。
程序調(diào)試時代碼和地址以及一些數(shù)據(jù)都經(jīng)常以16進(jìn)制的形式顯示。數(shù)據(jù)處理時，尤其是計(jì)算地址偏移都以16進(jìn)制的形式進(jìn)行展示。你可以在lldb中通過expr或者p命令來計(jì)算。如果你喜歡界面形式的工具，則可以啟動mac OS操作系統(tǒng)中的應(yīng)用：計(jì)算器 來處理各種計(jì)算，你要做的就是在顯示菜單中選擇編程型即可，編程型界面的效果如下(別告訴我作為一個程序員的你不會操作這些功能)：
如果你喜歡命令行的方式來做計(jì)算，那么還可以介紹給你一個系統(tǒng)提供的命令式計(jì)算工具：bc。這個工具的官方定義是：一個任意精度計(jì)算器語言(An arbitrary precision calculator language)。我們可以以交互的方式進(jìn)入bc：bc -i
使用bc時你可以通過ibase = [2|8|10|16]的值來指定輸入數(shù)字的進(jìn)制，可以通過指定obase=[2|8|10|16]的值來指定輸出數(shù)字的顯示格式。你還可以通過scale=n來指定輸出的小數(shù)位數(shù)，你可以在里面用表達(dá)式、函數(shù)、運(yùn)算符、甚至可以定義變量和函數(shù)?？梢钥闯鯾c可不是只有計(jì)算的功能這么簡單，你可以用bc來編寫程序！！具體bc的使用你可以在終端下執(zhí)行 man bc 查看bc的使用手冊。下面是一段用bc語言寫的代碼(請?jiān)趫?zhí)行了bc -i 命令后編寫如下代碼)：
sum = 0
for (i = 0; i < 100; i++)
{
sum += i
}
sum
敬請期待下一篇：深入iOS系統(tǒng)底層之CPU寄存器介紹
目錄
1.深入iOS系統(tǒng)底層之匯編語言
2.深入iOS系統(tǒng)底層之指令集介紹
3.深入iOS系統(tǒng)底層之XCODE對匯編的支持介紹
4.深入iOS系統(tǒng)底層之CPU寄存器介紹
5.深入iOS系統(tǒng)底層之機(jī)器指令介紹
6.深入iOS系統(tǒng)底層之賦值指令介紹
7.深入iOS系統(tǒng)底層之函數(shù)調(diào)用介紹
8.深入iOS系統(tǒng)底層之其他常用指令介紹
9.深入iOS系統(tǒng)底層之函數(shù)棧介紹
10.深入iOS系統(tǒng)底層之函數(shù)棧(二）介紹
11.深入iOS系統(tǒng)底層之不定參數(shù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)原理介紹
12.深入iOS系統(tǒng)底層之在高級語言中嵌入?yún)R編語言介紹
13.深入iOS系統(tǒng)底層之常見的匯編代碼片段介紹
14.深入iOS系統(tǒng)底層之OC中的各種屬性以及修飾的實(shí)現(xiàn)介紹
15.深入iOS系統(tǒng)底層之ABI介紹
16.深入iOS系統(tǒng)底層之編譯鏈接過程介紹
17.深入iOS系統(tǒng)底層之可執(zhí)行文件結(jié)構(gòu)介紹
18.深入iOS系統(tǒng)底層之MACH-O文件格式介紹
19.深入iOS系統(tǒng)底層之映像文件操作API介紹
20.深入iOS系統(tǒng)底層之知名load command結(jié)構(gòu)介紹
21.深入iOS系統(tǒng)底層之程序加載過程介紹
22.深入iOS系統(tǒng)底層之靜態(tài)庫介紹
23.深入iOS系統(tǒng)底層之動態(tài)庫介紹
24.深入iOS系統(tǒng)底層之framework介紹
25.深入iOS系統(tǒng)底層之基地址介紹
26.深入iOS系統(tǒng)底層之模塊內(nèi)函數(shù)調(diào)用介紹
27.深入iOS系統(tǒng)底層之模塊間函數(shù)調(diào)用介紹
28.深入iOS系統(tǒng)底層之機(jī)器指令動態(tài)構(gòu)造介紹
29.深入iOS系統(tǒng)底層之crash問題解決方法
30.深入iOS系統(tǒng)底層之無上下文crash解決方法
31.深入iOS系統(tǒng)底層之常用工具和命令的實(shí)現(xiàn)原理介紹
32.深入iOS系統(tǒng)底層之真實(shí)的OC類內(nèi)存結(jié)構(gòu)介紹
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