一、什么是Mach-O文件？

Mach-O 即 Mach Object，它是一种文件格式（Mac OS 二进制可执行文件）。

二、Mach-O 文件内容详解

  • Mach-O 二进制文件由段（segment）组成，可通过 MachOView 查看。
  • 一个segment由零个或者多个section组成，每个section里面会放置不同的数据或代码。
  • segment需要页对齐（Mac OS 页大小4k，iOS 页大小16k），section不一定是页面对齐的。
  • segment、section命名规则：
    （1）segment 名称采用双下划线开头 +全字母大写（如 __DATA）；
    （2）section 名称采用双下划线开头+全字母小写（如 __data）；
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常见segment的含义:
__TEXT：包含可执行代码和其他只读数据
__DATA：包含可所有读写内容，如：全局变量，静态变量等
__LINKEDIT：加载程序（动态链接器）使用的元数据，如：符号，字符串和重定位的表项

常见__TEXT段中section的含义：
__TEXT,__text： 只放置可执行代码（机器码）
__TEXT,__cstring：字符串常量（最终构建产品时会删除其中重复项）
__TEXT,__const：初始化的const变量

常见__DATA段中section的含义：
__DATA,__data：初始化的可变变量，如C字符串和数据数组
__DATA,__la_symbol_ptr：懒符号指针
__DATA,__objc_selrefs：引用的objc方法
__DATA,__objc_classrefs：引用的objc类
__DATA,__objc_superrefs：引用的objc超类
__DATA,__objc_classlist：objc类列表
__DATA,__objc_nlclslist：objc非懒加载类列表
__DATA,__objc_catlist：objc分类列表
__DATA,__objc_nlcatlist：objc非懒加载分类列表
__DATA,__objc_protolist：objc协议列表
__DATA,__objc_protorefs：引用的objc协议

三、Mach-O 文件结构

一个Mach-O文件一般会包含三个主要区域：Header、Load commands、Data。

1、Header 结构

每个Mach-O文件的开始是一个head structure用来标识这个文件是一个Mach-O文件。header中还包含了其他基本文件类型、目标体系结构等信息。

我们先简单看看mach_header（本文以64位为准）结构，通过usr/include/mach-0/loader.h我们可以找到mach_header_64结构体：

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struct mach_header_64 {
	uint32_t	magic;		/* mach 魔数标识符 */
	cpu_type_t	cputype;	/* cpu 说明 */
	cpu_subtype_t	cpusubtype;	/* cpu子类型说明 */
	uint32_t	filetype;	/* 文件类型 */
	uint32_t	ncmds;		/* 加载命令条数 */
	uint32_t	sizeofcmds;	/* 所有load commands大小 */
	uint32_t	flags;		/* 标志 */
	uint32_t	reserved;	/* 保留字段 */
};

/* mach_header_64 的魔数字段的常量(64位架构) */
#define MH_MAGIC_64 0xfeedfacf /* 64位 mach 魔数 */
#define MH_CIGAM_64 0xcffaedfe /* NXSwapInt(MH_MAGIC_64) */

（1）cputype 和 cpusubtype 字段常量值定义在 usr/include/mach/machine.h 中：
由于值太多，这里就不贴出来了，感兴趣的可以自己去看一下。下面举两个示例：

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#define CPU_ARCH_ABI64          0x01000000      /* 64 bit ABI */

#define CPU_TYPE_ARM            ((cpu_type_t) 12)
#define CPU_TYPE_ARM64          (CPU_TYPE_ARM | CPU_ARCH_ABI64)


/*
 *	ARM subtypes
 */
#define CPU_SUBTYPE_ARM_V7              ((cpu_subtype_t) 9)  /* ARMv7-A and ARMv7-R */


/*
 *  ARM64 subtypes
 */
#define CPU_SUBTYPE_ARM64_ALL           ((cpu_subtype_t) 0)


cputype、cpusubtype示例：

cputype 12   			//表示arm架构CPU
cputype 9				// 表示armv7


cputype 16777228     	//表示arm64架构CPU，(CPU_TYPE_ARM | CPU_ARCH_ABI64) = (12 | 0x01000000) = 0x0100000C, 0x0100000C转换成十进制等于16777228
cpusubtype 0			// 表示arm64通用架构

（2）filetype字段常见的文件类型常量

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#define	MH_OBJECT	0x1		/* 源码编译后的文件,文件扩展名.o */
#define	MH_EXECUTE	0x2		/* 二进制可执行文件 */
#define	MH_DYLIB	0x6		/* 动态库 */
#define	MH_DYLINKER	0x7		/* 动态链接器 */
#define	MH_BUNDLE	0x8		/* 运行时加载的代码,文件扩展名.bundle */
#define	MH_DSYM		0xa		/* 带有调试信息(对应二进制文件的符号信息)的文件dsym */

（3）flags 字段常见的常量

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#define	   MH_NOUNDEFS	0x1		/* 目标文件中没有未定义的引用 */
#define    MH_DYLDLINK	0x4		/* 对象文件是动态链接器的输入，无法再次静态编辑链接 */
#define    MH_TWOLEVEL	0x80		/* 镜像使用两级命名空间 */
#define    MH_WEAK_DEFINES	0x8000		/* 最终链接的镜像包含外部弱符号*/
#define    MH_BINDS_TO_WEAK 0x10000	/* 最终链接的镜像使用弱符号 */
#define	   MH_PIE 0x200000			/* 设置此位时, 操作系统将会在随机地址处加载主可执行文件。仅用于MH_EXECUTE文件类型。 */

示例：
flags  0x00218085   // 0x1+0x4+0x80+0x8000+0x10000+0x200000 = 0x00218085

2、Load commands 结构

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struct load_command {
	uint32_t cmd;		/* 加载命令类型 */
	uint32_t cmdsize;	/* 命令大小 */
};

（1）加载命令的cmd字段常见的常量值：

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#define    LC_REQ_DYLD 0x80000000

#define	   LC_SEGMENT	0x1	/* 文件映射的段 */
#define	   LC_SYMTAB	0x2	/* 链接编辑stab符号表信息 */
#define	   LC_SYMSEG	0x3	/* 链接编辑gdb符号表信息（已过时） */
#define	   LC_THREAD	0x4	/* 线程 */
#define	   LC_UNIXTHREAD	0x5	/* Unix线程（包括堆栈） */
#define	   LC_DYSYMTAB	0xb	/* 动态链接器符号表信息 */
#define	   LC_LOAD_DYLIB	0xc	/* 加载动态链接共享库 */
#define    LC_LOAD_DYLINKER 0xe	/* 加载动态链接器 */
#define	   LC_TWOLEVEL_HINTS 0x16	/* 两级命名空间查找提示 */
#define	   LC_LOAD_WEAK_DYLIB (0x18 | LC_REQ_DYLD) /* 加载允许丢失的动态链接共享库（所有符号均弱导入）*/
#define	   LC_SEGMENT_64	0x19	/* 64位文件映射的段 */
#define    LC_UUID		0x1b	/* uuid */
#define.   LC_RPATH       (0x1c | LC_REQ_DYLD)    /* 运行路径添加 */
#define    LC_CODE_SIGNATURE 0x1d	/* 本地代码签名 */
#define	   LC_LAZY_LOAD_DYLIB 0x20	/* 将dylib的加载延迟到首次使用 */
#define	   LC_ENCRYPTION_INFO 0x21	/* 加密段 information */
#define	   LC_DYLD_INFO 	0x22	/* 压缩的dyld信息 */
#define	   LC_DYLD_INFO_ONLY (0x22|LC_REQ_DYLD)	/* 仅压缩的dyld信息 */
#define    LC_VERSION_MIN_MACOSX 0x24   /* 适用于MacOSX的最低版本 */
#define    LC_VERSION_MIN_IPHONEOS 0x25 /* 适用于iOS的最低版本 */
#define    LC_FUNCTION_STARTS 0x26 /* 函数起始地址的压缩表 */
#define    LC_MAIN (0x28|LC_REQ_DYLD) /* 代替 LC_UNIXTHREAD */
#define    LC_DATA_IN_CODE 0x29 /* __text中的非指令表  */
#define    LC_SOURCE_VERSION 0x2A /* 用于构建二进制文件的源代码版本 */
#define	   LC_ENCRYPTION_INFO_64 0x2C /* 64位加密段信息 */
#define    LC_BUILD_VERSION 0x32 /* 适用于构建平台OS最低版本 */

具体的命令结构这里就不多做介绍了，请自行查看：usr/include/mach-0/loader.h

四、通用二进制可执行文件

五、常见应用场景

六、参考资料

完整优秀版请移步小专栏：
Mach-O文件初识

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Mach-O文件初识