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