Mach-O文件
想要一个应用程序运行起来，那么它的可执行文件格式一定要被操作系统所理解。在Windows系统的可执行文件是PE，而在OS X和iOS 中的可执行文件是Mach-O。
那么Mach-O是怎么生成的呢？苹果公司目前使用的编译器是LLVM，在程序编译时，编译器会对每个文件进行编译，然后生成Mach-O文件，而后链接器会将项目中的多个 Mach-O 文件合并成一个，最终的这个就是我们的可执行Mach-O文件.
那么Mach-O 文件里面有哪些内容呢？其实主要还是数据和代码，其中数据是一些初始值的定义，代码就是一些是函数的定义。下面我们一起了解下Mach-O文件。
Mach-O文件简介
Mach-O 是Mach Object文件格式的缩写，是运用于mac以及iOS上；它是一种用于可执行文件、目标代码、动态库的文件格式；
Mach-O文件类型
- Executable：应用可执行的二进制文件
- Dylib Library：动态链接库
- Static Library：静态链接库
- Bundle：不能被链接 Dylib，只能在运行使用dlopen()加载
- Relocatable Object File：可重定向文件
Mach-O文件结构
Mach-O文件主要由三部分组成：Header、Load commands、Data
Header部分描述当前Mach-O文件的基本信息 （架构，是否Fat二进制文件，CUP类型等等）；
Load commands部分主要描述：1.Mach-O文件中在虚拟内存中空间是如何分配，从哪个内存地址开始到哪个内存地址结束。 2.不同段在Mach-O文件中的位置，大小分布。
Data部分是描述内存如何被分配的内容。包括__TEXT, __DATA等
Header
类型：区分32位、64位
结构：
// 32位
struct mach_header {
uint32_t magic; /* mach magic number identifier */
cpu_type_t cputype; /* cpu specifier */
cpu_subtype_t cpusubtype; /* machine specifier */
uint32_t filetype; /* type of file */
uint32_t ncmds; /* number of load commands */
uint32_t sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
uint32_t flags; /* flags */
};
// 64位
struct mach_header_64 {
uint32_t magic; /* mach magic number identifier */
cpu_type_t cputype; /* cpu specifier */
cpu_subtype_t cpusubtype; /* machine specifier */
uint32_t filetype; /* type of file */
uint32_t ncmds; /* number of load commands */
uint32_t sizeofcmds; /* the size of all the load commands */
uint32_t flags; /* flags */
uint32_t reserved; /* reserved */
};
注释：
magic：确定Mach-O文件运行框架，如64位/32位
cputype：CPU类型，如arm
cpusubtype：对应CPU类型的具体型号
filetype：文件类型
ncmds：加载命令条数
sizeofcmds：所有加载命令的大小
flags：保留字段
reserved：标志位
LoadCommand
- cmd：指令类型
- cmdsize： 指令长度
以下是load_command的结构：
struct load_command {
uint32_t cmd; /* type of load command */
uint32_t cmdsize; /* total size of command in bytes */
};
command 指令类型说明
LC_SEGMENT/LC_SEGMENNT_64：将对应段中的数据加载并映射到进程的内存空间LC_SEGMENT_TEXT：代码段，其中_stub_helper用于关联函数bind/rebindLC_SEGMENT_DATA：可读/可写的数据段，函数指针，其中_la_symbol_ptr动态函数个数，及相对动态符号表的偏移量LC_SEGMENT_LINKEDIT： ：动态链接加载指令，支持动态链接dyld，该段长度覆盖符号表等数据（计算链接时程序的基址），符号表，动态符号表，字符串表段中定义的offset偏移量都是基于_LINKEDIT的vm_addLC_SYMTAB：符号表信息，解析函数名LC_DYSYMTAB：动态符号表信息，地址值为动态函数相对符号表的索引，_la_symbol_ptr对应的cmd可以换算出第一个动态函数对应动态符号表的初始地址，其次存储是连续，结构长度固定的，可以通过遍历获取所有动态函数的对应的符号表索引
Data
Data中就是由Segment组成的，每一个Segment定义了一些Mach-O文件的数据、地址和内存保护属性，这些数据在动态链接器加载程序时被映射到了虚拟内存中。每个段都有不同的功能。
Segment一般包含下列功能:
- __PAGEZERO: 空指针陷阱段，映射到虚拟内存空间的第一页，用于捕捉对NULL指针的引用；
- __TEXT: 包含了执行代码以及其他只读数据。 为了让内核将它 直接从可执行文件映射到共享内存， 静态连接器设置该段的虚拟内存权限为不允许写。当这个段被映射到内存后，可以被所有进程共享。（这主要用在frameworks, bundles和共享库等程序中，也可以为同一个可执行文件的多个进程拷贝使用）
- __DATA: 包含了程序数据，该段可写；
- __LINKEDIT: 含有为动态链接库使用的原始数据，比如符号，字符串，重定位表条目等等。
一般Segment又会按不同的功能划分为几个区（Section），即段所有字母大小，加两个下横线作为前缀，而区则为小写，同样加两个下横线作为前缀，
Segment结构体：
struct segment_command { /* for 32-bit architectures */
uint32_t cmd; /* LC_SEGMENT */
uint32_t cmdsize; /* includes sizeof section structs */
char segname[16]; /* segment name */
uint32_t vmaddr; /* memory address of this segment */
uint32_t vmsize; /* memory size of this segment */
uint32_t fileoff; /* file offset of this segment */
uint32_t filesize; /* amount to map from the file */
vm_prot_t maxprot; /* maximum VM protection */
vm_prot_t initprot; /* initial VM protection */
uint32_t nsects; /* number of sections in segment */
uint32_t flags; /* flags */
};
struct segment_command_64 { /* for 64-bit architectures */
uint32_t cmd; /* LC_SEGMENT_64 */
uint32_t cmdsize; /* includes sizeof section_64 structs */
char segname[16]; /* segment name */
uint64_t vmaddr; /* memory address of this segment */
uint64_t vmsize; /* memory size of this segment */
uint64_t fileoff; /* file offset of this segment */
uint64_t filesize; /* amount to map from the file */
vm_prot_t maxprot; /* maximum VM protection */
vm_prot_t initprot; /* initial VM protection */
uint32_t nsects; /* number of sections in segment */
uint32_t flags; /* flags */
};
Section结构体：
struct section { /* for 32-bit architectures */
char sectname[16]; /* name of this section */
char segname[16]; /* segment this section goes in */
uint32_t addr; /* memory address of this section */
uint32_t size; /* size in bytes of this section */
uint32_t offset; /* file offset of this section */
uint32_t align; /* section alignment (power of 2) */
uint32_t reloff; /* file offset of relocation entries */
uint32_t nreloc; /* number of relocation entries */
uint32_t flags; /* flags (section type and attributes)*/
uint32_t reserved1; /* reserved (for offset or index) */
uint32_t reserved2; /* reserved (for count or sizeof) */
};
struct section_64 { /* for 64-bit architectures */
char sectname[16]; /* name of this section */
char segname[16]; /* segment this section goes in */
uint64_t addr; /* memory address of this section */
uint64_t size; /* size in bytes of this section */
uint32_t offset; /* file offset of this section */
uint32_t align; /* section alignment (power of 2) */
uint32_t reloff; /* file offset of relocation entries */
uint32_t nreloc; /* number of relocation entries */
uint32_t flags; /* flags (section type and attributes)*/
uint32_t reserved1; /* reserved (for offset or index) */
uint32_t reserved2; /* reserved (for count or sizeof) */
uint32_t reserved3; /* reserved */
};
