动态库原理

顺着探索静态库原理的思路，来探索动态库

准备
复现常见报错 Library not loaded
动态库是链接后的产物
- 因-noall_load引起的链接失败
- 成功将静态库链接成动态库
动态库路径
- 结论

准备

test.m文件

#import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestExample.h"

int main(){
    NSLog(@"testApp----");
    TestExample *manager = [TestExample new];
    [manager lg_test: nil];
    return 0;
}

TestExample.h

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface TestExample : NSObject

- (void)lg_test:(_Nullable id)e;

@end

TestExample.m

#import "TestExample.h"

@implementation TestExample

- (void)lg_test:(_Nullable id)e {
    NSLog(@"TestExample----");
}
@end

脚本

目录结构:

├── build.sh
├── dylib
│   ├── TestExample.h
│   └── TestExample.m
└── test.m

复现常见报错 Library not loaded

先尝试按照探索静态库的方式处理

编译生成.dylib
编译生成.o
用.o链接 .dylib，生成可执行文件
lldb环境运行验证

脚本

echo "编译test.m --- test.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-I./dylib \
-c test.m -o test.o

pushd ./dylib

echo "编译TestExample.m --- TestExample.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-c TestExample.m -o TestExample.o

echo "编译TestExample.o --- libTestExample.dylib"
clang -dynamiclib \ # 链接成动态库
-target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
TestExample.o -o libTestExample.dylib

popd

echo "链接libTestExample.dylib -- test EXEC"

clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-L./dylib \
-lTestExample \
test.o -o test

在探究静态库时，使用手动修改后缀的方式，libtool, ar 生成静态库, 这里通过 clang 提供的参数 -dynamiclib 来将 .o链接成一个动态库

脚本处理过程中并未出现任何错误，并且生成了我们预期的.o、.dylib、.out等文件
但是在 lldb环境下运行环节却出现了错误

❯ lldb -file test
(lldb) target create "test"
Current executable set to '/Users/shenyj/动态库原理/test' (x86_64).
(lldb) run
Process 33122 launched: '/Users/shenyj/动态库原理/test' (x86_64)
dyld[33122]: Library not loaded: libTestExample.dylib
Referenced from: /Users/shenyj//动态库原理/test
Reason: tried: 'libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/local/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/Users/shenyj/动态库原理/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/local/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/lib/libTestExample.dylib' (no such file)
Process 33122 stopped
* thread #1, stop reason = signal SIGABRT
    frame #0: 0x00000001000560ce dyld`__abort_with_payload + 10
dyld`__abort_with_payload:
->  0x1000560ce <+10>: jae    0x1000560d8               ; <+20>
    0x1000560d0 <+12>: movq   %rax, %rdi
    0x1000560d3 <+15>: jmp    0x100013120               ; cerror_nocancel
    0x1000560d8 <+20>: retq
Target 0: (test) stopped.
(lldb)

动态库是链接后的产物

换个思路:

先将 TestExample 通过libtool生成静态库
再通过ld链接器将其链接成动态库
再用 .o 去链接这静态库变成的动态库，生成可执行文件
lldb环境执行验证

修改脚本

echo "编译test.m --- test.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-I./dylib \
-c test.m -o test.o

pushd ./dylib

echo "编译TestExample.m --- TestExample.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-c TestExample.m -o TestExample.o

echo "编译TestExample.o --- libTestExample.a"

# 新增 >>>>>>>>>>>

# Xcode (默认使用的就是 libtool 来编译静态库) -> 静态库
libtool -static -arch_only x86_64 TestExample.o -o libTestExample.a

echo "编译TestExample.m --- libTestExample.dylib"
ld -dylib -arch x86_64 \
-macosx_version_min 12.1 \
-syslibroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-lsystem -framework Foundation \ # -lsystem: 需要系统库支撑: dylib dyld，-framework Foundation: 链接Foundation 这个动态库
libTestExample.a -o libTestExample.dylib

# 新增 <<<<<<<<<<<
popd

echo "链接libTestExample.dylib -- test EXEC"

clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-L./dylib \
-lTestExample \
test.o -o test

ar更多的是查看相关的功能，默认Xcode是用libtool来创建静态库的，所以脚本中使用了libtool先创建一个静态库
ld, 对比开头的脚本，这里没有使用clang创建动态库，而是直接用了链接器

因-noall_load引起的链接失败

执行脚本后报错:

编译TestExample.m --- TestExample.o
编译TestExample.o --- libTestExample.a
编译TestExample.m --- libTestExample.dylib
~/xxxxxx链接libTestExample.dylib -- test EXEC
Undefined symbols for architecture x86_64:
"_OBJC_CLASS_$_TestExample", referenced from:
    objc-class-ref in test.o
ld: symbol(s) not found for architecture x86_64

在链接动态库生成可执行文件的时候失败， _OBJC_CLASS_$_TestExample 这个符号找不到

推理出，动态库的导出符号表中不包含此符号

借助 objdump --macho -exports-trie 来验证一下

❯ objdump --macho -exports-trie /Users/s/动态库原理/dylib/libTestExample.dylib
/Users/s//动态库原理/dylib/libTestExample.dylib:
Exports trie:

发现导出符号表的确是空的，这是因为 Xcode 默认链接静态库时使用的是 noall_load，将其剥离了，所以在上述脚本中添加配置，将其改为-all_load，将符号保留

成功将静态库链接成动态库

添加 -all_load 后的脚本

echo "编译test.m --- test.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-I./dylib \
-c test.m -o test.o

pushd ./dylib

echo "编译TestExample.m --- TestExample.o"
clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-c TestExample.m -o TestExample.o

echo "编译TestExample.o --- libTestExample.a"

# Xcode (默认使用的就是 libtool 来编译静态库) -> 静态库
libtool -static -arch_only x86_64 TestExample.o -o libTestExample.a

echo "编译TestExample.m --- libTestExample.dylib"
ld -dylib -arch x86_64 \
-macosx_version_min 12.1 \
-syslibroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-lsystem -framework Foundation \
# 新增 >>>>>>>>>>>
-all_load \
# 新增 <<<<<<<<<<<
libTestExample.a -o libTestExample.dylib

popd

echo "链接libTestExample.dylib -- test EXEC"

clang -target x86_64-apple-macos12.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX12.1.sdk \
-L./dylib \
-lTestExample \
test.o -o test

lldb环境下运行可执行文件

Process 37789 launched: '/Users/shenyj/动态库原理/test' (x86_64)
dyld[37789]: Library not loaded: libTestExample.dylib
Referenced from: /Users/shenyj/动态库原理/test
Reason: tried: 'libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/local/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/Users/shenyj/动态库原理/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/local/lib/libTestExample.dylib' (no such file), '/usr/lib/libTestExample.dylib' (no such file)
Process 37789 stopped
* thread #1, stop reason = signal SIGABRT
    frame #0: 0x00000001000560ce dyld`__abort_with_payload + 10
dyld`__abort_with_payload:
->  0x1000560ce <+10>: jae    0x1000560d8               ; <+20>
    0x1000560d0 <+12>: movq   %rax, %rdi
    0x1000560d3 <+15>: jmp    0x100013120               ; cerror_nocancel
    0x1000560d8 <+20>: retq
Target 0: (test) stopped.
(lldb)

运行结果仍然是失败的 Library not loaded

虽然仍然没能成功在 lldb 环境下运行起来，但目前已经可以得出结论

当使用 -L和-l链接一个库的时候，只需要知道符号所在的位置，并不需要源码，本质上是标记了导出符号所在的位置

动态库: 在运行时，由 dyld 动态加载，在查找符号真实地址的时候找不到了
静态库: 链接的时候代码、符号表已经被合并在一起

通过探索静态库得知，其是目标文件的集合，而动态库和可执行文件一样，是链接后的产物，所以才能将一个静态库链接成动态库
动态库是链接最终产物，无法与 .o 进行合并的

动态库路径

以上操作最终之所以没能成功在 lldb 环境下运行起来，是因为动态库中缺少路径，而链接生成可执行文件后，同样缺少了路径，导致 dyld加载时找不到动态库

具体过程的探索与分析: framework动态库 - 链接 - Library not loaded -- 失败分析

并借助 install_name_tool 这个工具为动态库添加真实路径，重新链接动态库生成可执行文件后，便可成功在 lldb 下运行

链接framework动态库这种先生成 framework，再通过 install_name_tool 设置路径的的方式多了那么一个环节，并且设置的是一个绝对路径，在设置路径时，可以尝试以下方案

另外我们完全可以在链接的时候就为动态库指定路径链接动态库时指定路径

结论

因为动态库不像静态库一样被合并到 Mach-O 中
那么动态库就会自己记录其所存在的路径，并在链接的时候，将自己的路径告诉 Mach-O，记录在 Mach-O的 LOAD_COMMAND中，这样 dylb在加载的时候才能找到动态库

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动态库原理

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复现常见报错 Library not loaded

动态库是链接后的产物

因-noall_load引起的链接失败

成功将静态库链接成动态库

动态库路径

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⚠️ GitHub.com Fallback ⚠️

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复现常见报错 Library not loaded

动态库是链接后的产物

因-noall_load引起的链接失败

成功将静态库链接成动态库

动态库路径

结论

⚠️ **GitHub.com Fallback** ⚠️

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