之前做过App的启动优化,遇到了+load
优化的问题,后来想一想除了initializers
代替+load
还有没有什么好的方法,然后就搜到了运用编译属性__attribute__优化,于是查找了很多文章,系统的整理了下__attribute__。本文大部分内容来自引用的文章,如果想看更多更详细内容可以查看引用文章。
__attribute__ 介绍
__attribute__
是一个编译属性,用于向编译器描述特殊的标识、错误检查或高级优化。它是GNU C特色之一,系统中有许多地方使用到。 __attribute__
可以设置函数属性(Function Attribute )、变量属性(Variable Attribute )和类型属性(Type Attribute)等。
__attribute__ 格式
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__attribute__ ((attribute-list)) |
__attribute__ 常用的编译属性及简单应用
format
这个属性指定一个函数比如printf,scanf作为参数,这使编译器能够根据代码中提供的参数检查格式字符串。对于追踪难以发现的错误非常有帮助。
format参数的使用如下:
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format (archetype, string-index, first-to-check) |
第一参数需要传递archetype
指定是哪种风格,这里是 NSString;string-index
指定传入函数的第几个参数是格式化字符串;first-to-check
指定第一个可变参数所在的索引.
C中的使用方法
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extern int my_printf (void *my_object, const char *my_format, ...) __attribute__((format(printf, 2, 3))); |
在Objective-C 中通过使用__NSString__
格式达到同样的效果,就像在NSString +stringWithFormat:
和NSLog()
里使用字符串格式一样
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FOUNDATION_EXPORT void NSLog(NSString *format, ...) NS_FORMAT_FUNCTION(1,2); + (instancetype)stringWithFormat:(NSString *)format, ... NS_FORMAT_FUNCTION(1,2); |
__attribute__((constructor))
确保此函数在 在main
函数被调用之前调用,iOS中在+load
之后main
之前执行。 constructor
和destructor
会在ELF
文件中添加两个段-.ctors
和.dtors
。当动态库或程序在加载时,会检查是否存在这两个段,如果存在执行对应的代码。
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__attribute__((constructor)) static void beforeMain(void) { NSLog(@"beforeMain"); } |
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__attribute__((constructor(101))) // 里面的数字越小优先级越高,1 ~ 100 为系统保留 |
__attribute__((destructor))
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__attribute__((destructor)) static void afterMain(void) { NSLog(@"afterMain"); } |
确保此函数在 在main
函数被调用之后调
__attribute__((cleanup))
用于修饰一个变量,在它的作用域结束时可以自动执行一个指定的方法
关于这个Sunny在黑魔法__attribute__((cleanup))中讲的很好很细,建议看看。
iOS中的应用
既然__attribute__((cleanup(...)))
可以用来修饰变量,所以也可以用来修饰block
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// void(^block)(void)的指针是void(^*block)(void) static void blockCleanUp(__strong void(^*block)(void)) { (*block)(); } |
这里不得不提万能的Reactive Cocoa中神奇的@onExit
方法,其实正是上面的写法,简单定义个宏:
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#define onExit __strong void(^block)(void) __attribute__((cleanup(blockCleanUp), unused)) = ^ |
这样的写法可以将成对出现的代码写在一起,比如说一个lock,用了onExit之后,代码更集中了:
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NSRecursiveLock *aLock = [[NSRecursiveLock alloc] init]; [aLock lock]; onExit { [aLock unlock]; }; |
当我看到这段代码的时候第一个想到就是Swift中defer关键字
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lock.lock(); defer { lock.unlock() } |
used
used
的作用是告诉编译器,我声明的这个符号是需要保留的。被used
修饰以后,意味着即使函数没有被引用,在Release
下也不会被优化。如果不加这个修饰,那么Release
环境链接器会去掉没有被引用的段。gun的官方文档
This attribute, attached to a variable with static storage, means that the variable must be emitted even if it appears that the variable is not referenced.
When applied to a static data member of a C++ class template, the attribute also means that the member is instantiated if the class itself is instantiated.
iOS中的运用,BeeHive中的一段代码。
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#define BeeHiveDATA(sectname) __attribute((used, section("__DATA,"#sectname" "))) |
nonnull
这个属性指定函数的的某些参数不能是空指针
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extern void * my_memcpy (void *dest, const void *src, size_t len) __attribute__((nonnull (1, 2))); |
iOS中的应用
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- (int)addNum1:(int *)num1 num2:(int *)num2 __attribute__((nonnull (1,2))){//1,2表示第一个和第二个参数不能为空 return *num1 + *num2; } - (NSString *)getHost:(NSURL *)url __attribute__((nonnull (1))){//第一个参数不能为空 return url.host; } |
objc_runtime_name
用于 @interface
或 @protocol
,将类或协议的名字在编译时指定成另一个
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__attribute__((objc_runtime_name("<#OtherClassName#>"))) |
iOS中的应用
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__attribute__((objc_runtime_name("OtherTest"))) @interface Test : NSObject @end NSLog(@"%@", NSStringFromClass([Test class])); // "OtherTest" |
这个属性可以用来做代码混淆
noreturn
几个标注库函数,例如abort exit,没有返回值。GCC能够自动识别这种情况。noreturn
属性指定像这样的任何不需要返回值的函数。当遇到类似函数还未运行到return语句就需要退出来的情况,该属性可以避免出现错误信息。
iOS中的运用
AFNetworking库为它的网络请求显示入口函数使用了该属性。这个在生成一个专用的线程时使用,保证分离的线程能在应用的整个生命周期继续执行
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+ (void) __attribute__((noreturn)) networkRequestThreadEntryPoint:(id)__unused object { do { @autoreleasepool { [[NSRunLoop currentRunLoop] run]; } } while (YES); } |
noinline & always_inline
内联函数:内联函数从源代码层看,有函数的结构,而在编译后,却不具备函数的性质。内联函数不是在调用时发生控制转移,而是在编译时将函数体嵌入在每一个调用处。编译时,类似宏替换,使用函数体替换调用处的函数名。一般在代码中用inline修饰,但是能否形成内联函数,需要看编译器对该函数定义的具体处理
-
noinline
不内联 -
always_inline
总是内联 - 这两个都是用在函数上
内联的本质是用代码块直接替换掉函数调用处,好处是:快代码的执行,减少系统开销.适用场景:
- 这个函数更小
- 这个函数不被经常调用
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void test(int a) __attribute__((always_inline)); |
这个在Swift有类似用法
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extension NSLock {
@inline(__always)
func executeWithLock(_ block: () -> Void) {
lock()
block()
unlock()
}
}
|
warn_unused_result
当函数或者方法的返回值很重要时,要求调用者必须检查或者使用返回值,否则编译器会发出警告提示。
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- (BOOL)availiable __attribute__((warn_unused_result)) { return 10; } |
在Swift中应该是几乎所有方法都是warn_unused_result
,可以通过@discardableResult
去掉警告提示。
Clang特有的
就像GCC的许多特性一样,Clang支持__attribute__
,而且添加了一些自己的小扩展。为了检查一个特殊属性的可用性,你可以使用__has_attribute
指令。
availability
Clang引入了可用性属性,这个属性可以在声明中描述跟系统版本有关的生命周期。例如:
官方例子
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- (CGSize)sizeWithFont:(UIFont *)font NS_DEPRECATED_IOS(2_0, 7_0, "Use -sizeWithAttributes:") __TVOS_PROHIBITED; //来看一下 后边的宏 #define NS_DEPRECATED_IOS(_iosIntro, _iosDep, ...) CF_DEPRECATED_IOS(_iosIntro, _iosDep, __VA_ARGS__) define CF_DEPRECATED_IOS(_iosIntro, _iosDep, ...) __attribute__((availability(ios,introduced=_iosIntro,deprecated=_iosDep,message="" __VA_ARGS__))) //宏展开以后如下 __attribute__((availability(ios,introduced=2_0,deprecated=7_0,message=""__VA_ARGS__))); //ios即是iOS平台 //introduced 从哪个版本开始使用 //deprecated 从哪个版本开始弃用 //message 警告的消息 |
-
introduced
: 声明被引入的第一个版本信息。 -
deprecated
: 第一次不建议使用的版本,意味着使用者应该移除这个方法的使用。 -
obsoleted
: 第一次被废弃的版本,意味着已经被移除,不能够使用了。 -
unavailable
: 意味着这个平台不支持使用。 -
message
: 当Clang发出一些关于废弃或不建议使用的警告时的文本。用于引导使用者不要使用改接口了。
支持的平台有:
- ios: 苹果的iOS操作系统。最小部署目标平台版本是通过
-mios-version-min=*version*或-miphoneos-version-min=*version*
命令行指定的。 - macosx: 苹果的OS X操作系统。最小部署目标平台版本是通过
-mmacosx-version-min=*version*
命令行指定的。
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//如果经常用,建议定义成类似系统的宏 - (void)oldMethod:(NSString *)string __attribute__((availability(ios,introduced=2_0,deprecated=7_0,message="用 -newMethod: 这个方法替代 "))){ NSLog(@"我是旧方法,不要调我"); } - (void)newMethod:(NSString *)string{ NSLog(@"我是新方法"); } |
在swift中也有类似的用法
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@available(iOS 6.0, *) public var minimumScaleFactor: CGFloat // default is 0.0 |
unavailable
告诉编译器该方法不可用,如果强行调用编译器会提示错误。比如某个类在构造的时候不想直接通过init
来初始化,只能通过特定的初始化方法()比如单例,就可以将init
方法标记为unavailable
。
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//系统的宏,可以直接拿来用 #define UNAVAILABLE_ATTRIBUTE __attribute__((unavailable)) #define NS_UNAVAILABLE UNAVAILABLE_ATTRIBUTE |
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@interface Person : NSObject @property(nonatomic,copy) NSString *name; @property(nonatomic,assign) NSUInteger age; - (instancetype)init NS_UNAVAILABLE; - (instancetype)initWithName:(NSString *)name age:(NSUInteger)age; @end |
实际上unavailable后面可以跟参数,显示一些信息,如:
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//系统的 #define NS_AUTOMATED_REFCOUNT_UNAVAILABLE __attribute__((unavailable("not available in automatic reference counting mode"))) |
overloadable
Clang在C中提供对C++标准函数重载的支持。函数重载在C中是通过overloadable属性引入的。例如:你可以重载tgsin函数,写出sin函数在入参不同时的不同版本。用于c语言函数,可以定义若干个函数名相同,但参数不同的方法,调用时编译器会自动根据参数选择函数原型。
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__attribute__((overloadable)) void print(NSString *string){ NSLog(@"%@",string); } __attribute__((overloadable)) void print(int num){ NSLog(@"%d",num); } |
__attribute__ 在iOS开发中的复杂应用
说了这么多重点来了,那么这些属性在iOS上有哪些奇妙的运用呢?有些比较简单的运用在介绍属性的时候就说了,这里主要讲一些比较复杂的运用。
Swift没有+load方法的替代带方案
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static void __attribute__ ((constructor)) Initer() { Class class = NSClassFromString(@"AnnotationDemo.MyInitThingy"); SEL selector = NSSelectorFromString(@"appWillLaunch:"); NSNotificationCenter *center = [NSNotificationCenter defaultCenter]; [center addObserver:class selector:selector name:UIApplicationDidFinishLaunchingNotification object:nil]; } |
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class MyInitThingy: NSObject { @objc static func appWillLaunch(_: Notification) { print("App Will Launch") } } |
BeeHive模块注册
模块注册有三种方式:Annotation方式注册、读取本地plist方式注册、Load方法注册。
首先把数据放在可执行文件的自定义数据段
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// 通过BeeHiveMod宏进行Annotation标记 #ifndef BeehiveModSectName #define BeehiveModSectName "BeehiveMods" #endif #ifndef BeehiveServiceSectName #define BeehiveServiceSectName "BeehiveServices" #endif #define BeeHiveDATA(sectname) __attribute((used, section("__DATA,"#sectname" "))) // 这里我们就把数据存在data数据段里面的"BeehiveMods"段中 #define BeeHiveMod(name) class BeeHive; char * k##name##_mod BeeHiveDATA(BeehiveMods) = ""#name""; #define BeeHiveService(servicename,impl) class BeeHive; char * k##servicename##_service BeeHiveDATA(BeehiveServices) = "{ \""#servicename"\" : \""#impl"\"}"; @interface BHAnnotation : NSObject @end |
从Mach-O section中读取数据
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SArray<NSString *>* BHReadConfiguration(char *sectionName,const struct mach_header *mhp); static void dyld_callback(const struct mach_header *mhp, intptr_t vmaddr_slide) { NSArray *mods = BHReadConfiguration(BeehiveModSectName, mhp); for (NSString *modName in mods) { Class cls; if (modName) { cls = NSClassFromString(modName); if (cls) { [[BHModuleManager sharedManager] registerDynamicModule:cls]; } } } //register services NSArray<NSString *> *services = BHReadConfiguration(BeehiveServiceSectName,mhp); for (NSString *map in services) { NSData *jsonData = [map dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]; NSError *error = nil; id json = [NSJSONSerialization JSONObjectWithData:jsonData options:0 error:&error]; if (!error) { if ([json isKindOfClass:[NSDictionary class]] && [json allKeys].count) { NSString *protocol = [json allKeys][0]; NSString *clsName = [json allValues][0]; if (protocol && clsName) { [[BHServiceManager sharedManager] registerService:NSProtocolFromString(protocol) implClass:NSClassFromString(clsName)]; } } } } } __attribute__((constructor)) void initProphet() { _dyld_register_func_for_add_image(dyld_callback); } NSArray<NSString *>* BHReadConfiguration(char *sectionName,const struct mach_header *mhp) { NSMutableArray *configs = [NSMutableArray array]; unsigned long size = 0; #ifndef __LP64__ uintptr_t *memory = (uintptr_t*)getsectiondata(mhp, SEG_DATA, sectionName, &size); #else const struct mach_header_64 *mhp64 = (const struct mach_header_64 *)mhp; uintptr_t *memory = (uintptr_t*)getsectiondata(mhp64, SEG_DATA, sectionName, &size); #endif unsigned long counter = size/sizeof(void*); for(int idx = 0; idx < counter; ++idx){ char *string = (char*)memory[idx]; NSString *str = [NSString stringWithUTF8String:string]; if(!str)continue; BHLog(@"config = %@", str); if(str) [configs addObject:str]; } return configs; } @implementation BHAnnotation @end |
__attribute__((constructor))
就是保证在main
之前读取所有注册信息。
使用
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@BeeHiveMod(ShopModule) @interface ShopModule() <BHModuleProtocol> @end @implementation ShopModule |
延迟 premain code
把+load等main函数之前的代码移植到了main函数之后。是探一种延迟 premain code 的方法这篇文章提出的,我还没有尝试过。
原理是把函数地址放到QWLoadable段中,然后主程序在启动时获取QWLoadable的内容,并逐个调用。
库的地址 LoadableMacro
作者测试下来,100个函数地址的读取,在iPhone5的设备上读取不到1ms。新增了这不到1ms的耗时(这1ms也是可审计的),带来了所有启动阶段行为的可审计,以及最重要的Patch能力。
msgSend observe
这个来自于质量监控-卡顿检测 这篇文章 OC方法的调用最终转换成msgSend的调用执行,通过在函数前后插入自定义的函数调用,维护一个函数栈结构可以获取每一个OC方法的调用耗时,以此进行性能分析与优化:
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#define save() __asm volatile ( "stp x8, x9, [sp, #-16]!\n" "stp x6, x7, [sp, #-16]!\n" "stp x4, x5, [sp, #-16]!\n" "stp x2, x3, [sp, #-16]!\n" "stp x0, x1, [sp, #-16]!\n"); #define resume() __asm volatile ( "ldp x0, x1, [sp], #16\n" "ldp x2, x3, [sp], #16\n" "ldp x4, x5, [sp], #16\n" "ldp x6, x7, [sp], #16\n" "ldp x8, x9, [sp], #16\n" ); #define call(b, value) __asm volatile ("stp x8, x9, [sp, #-16]!\n"); __asm volatile ("mov x12, %0\n" :: "r"(value)); __asm volatile ("ldp x8, x9, [sp], #16\n"); __asm volatile (#b " x12\n"); __attribute__((__naked__)) static void hook_Objc_msgSend() { save() __asm volatile ("mov x2, lr\n"); __asm volatile ("mov x3, x4\n"); call(blr, &push_msgSend) resume() call(blr, orig_objc_msgSend) save() call(blr, &pop_msgSend) __asm volatile ("mov lr, x0\n"); resume() __asm volatile ("ret\n"); } |
everettjf 同样封装了一个库FishhookObjcMsgSend
这里是另一个实现方案 objc_msgSend
参考文章
探索 facebook iOS 客户端 - section FBInjectable
探一种延迟 premain code 的方法 探一种延迟 premain code 的方法
__attribute__
Specifying Attributes of Variables
gnu-c-attributes
BeeHive —— 一个优雅但还在完善中的解耦框架
Declaring Attributes of Functions
__attribute__ 总结
OC中的 __attribute__
Clang 拾遗之objc_designated_initializer
Macro
Clang Attributes 黑魔法小记
黑魔法__attribute__((cleanup))
质量监控-卡顿检测
https://woshiccm.github.io/posts/__attribute__详解及应用/