探索 iOS 编码对包大小的影响

发表于 2年以前 | 总阅读数：2374 次

本文讲述的技术点属于比较极致和新颖的包大小优化技术，文章会从二进制、汇编指令的层面来分析 oc 代码对包大小的影响。接下来会从以下三个方面进行讲述：

二进制层面分析 oc 代码对包大小的影响

编码上优化包大小的 tips

总结各种 tips 的收益

从二进制文件层面来分析编码对包大小影响

以分析属性为例子，介绍一种“从二进制文件层面来分析编码对包大小影响”的分析方法。

文章底部有抖音直播内推群二维码。

实验背景：用真机 iphone11，iOS13.5.1，release，build setting 默认设置，linkmap file 使用 arm64 进行实验。

.o 级别对比

通过对比 ViewControler 没有属性、有一个属性、两个属性的情况：

@interface ViewController : UIViewController

@property (nonatomic, strong) NSString *myString1;

@property (nonatomic, strong) NSString *myString2;

@end

ViewController.o占用字节

没有属性 0.36k
一个属性 0.67k
两个属性 0.92k

当一个类减少一个属性，会减少 0.25k，这里有一个前提，这个类还有其他属性。

因此，我们可以得到一个结论：一个属性占用 0.25K。

查看 linkmap file 中的符号属于哪个 section 的 tips

# Sections:
# Address        Size            Segment        Section
0x10000623C        0x00000224        __TEXT        __text
0x100006460        0x00000090        __TEXT        __stubs

__TEXT.__text 的地址范围是 0x10000623C - 0x100006460，那么 linkmap file 中的 Symbols 对应的地址，如果是在这个范围内，就属于__TEXT__.text。

0x10000623C        0x00000034        [  1] -[ViewController viewDidLoad]
0x100006270        0x00000010        [  1] -[ViewController myString1]
0x100006280        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString1:]
0x100006294        0x00000010        [  1] -[ViewController myString2]
0x1000062A4        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString2:]
0x1000062B8        0x00000040        [  1] -[ViewController .cxx_destruct]
0x1000062F8        0x00000008        [  2] -[AppDelegate application:didFinishLaunchingWithOptions:]
0x100006300        0x0000008C        [  2] -[AppDelegate application:configurationForConnectingSceneSession:options:]
0x10000638C        0x00000004        [  2] -[AppDelegate application:didDiscardSceneSessions:]
0x100006390        0x00000080        [  3] _main
0x100006410        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate scene:willConnectToSession:options:]
0x100006414        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate sceneDidDisconnect:]
0x100006418        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate sceneDidBecomeActive:]
0x10000641C        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate sceneWillResignActive:]
0x100006420        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate sceneWillEnterForeground:]
0x100006424        0x00000004        [  4] -[SceneDelegate sceneDidEnterBackground:]
0x100006428        0x00000010        [  4] -[SceneDelegate window]
0x100006438        0x00000014        [  4] -[SceneDelegate setWindow:]
0x10000644C        0x00000014        [  4] -[SceneDelegate .cxx_destruct]
0x100006460        0x0000000C        [  5] _NSStringFromClass

0x10000623C 到 0x100006460 的符号都属于__TEXT.__text。

探索一个属性会产生哪些符号

将 section(节) size 不同拎出来，数字的单位：字节

__TEXT 段：

section	__text	__objc_methname	__objc_methtype	__objc_classname	__cstring	_unwind_info
没有属性	412	3396	2831	112	144	100
一个属性	468	3431	2843	112	183	100
两个属性	548	3466	2843	114	222	112

__DATA 段：

Section	__objc_const	__objc_ivar
没有属性	4904	4
一个属性	5040	8
两个属性	5136	12

分析：

$1 表示没有属性和一个属性的对比

$2 表示一个属性和两个属性的对比

TEXT.text 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__TEXT	__text	412	468	548	56	80

Linkmap File 差异：

// ViewController没有属性，差异点是没有-[ViewController .cxx_destruct]符号
// 一个属性: 16 + 20 + 20 = 56(与上方的 $1是对应上的)
0x100006318        0x00000010        [  1] -[ViewController myString1]
0x100006328        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString1:]
0x10000633C        0x00000014        [  1] -[ViewController .cxx_destruct]
// 两个属性 16 + 20 + 16 + 20 +64 = 136
// 一个属性与两个属性比较 136 - 56 = 80(与上方的 $2是对应上的)
0x100006270        0x00000010        [  1] -[ViewController myString1]
0x100006280        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString1:]
0x100006294        0x00000010        [  1] -[ViewController myString2]
0x1000062A4        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString2:]
0x1000062B8        0x00000040        [  1] -[ViewController .cxx_destruct]

疑惑点：.cxx_destruct的大小不一样，以下用两个截图回答这个问题，因为.cxx_destruct 内部的实现不一样，导致汇编的指令数量也不一样。

一个属性 .cxx_destruct内部实现的汇编代码：

两个属性 .cxx_destruct内部实现的汇编代码：

TEXT.objc_methname 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__TEXT	__objc_methname	3396	3431	3466	35	35

// 比较字节方法如上
// 一个属性
0x1000065FC        0x0000000A        [  1] literal string: myString1
0x100006606        0x0000000E        [  1] literal string: setMyString1:
0x100006614        0x0000000E        [  1] literal string: .cxx_destruct
0x100006622        0x0000000B        [  1] literal string: _myString1
// 两个属性
0x1000065A4        0x0000000A        [  1] literal string: myString1
0x1000065AE        0x0000000E        [  1] literal string: setMyString1:
0x1000065BC        0x0000000A        [  1] literal string: myString2
0x1000065C6        0x0000000E        [  1] literal string: setMyString2:
0x1000065D4        0x0000000E        [  1] literal string: .cxx_destruct
0x1000065E2        0x0000000B        [  1] literal string: _myString1
0x1000065ED        0x0000000B        [  1] literal string: _myString2

这里补充额外的一个点Dead Stripped Symbols相关的知识点：

// Text.text
0x1000062B8        0x00000040        [  1] -[ViewController .cxx_destruct]
0x10000644C        0x00000014        [  4] -[SceneDelegate .cxx_destruct]
// TEXT.objc_methname
0x1000065D4        0x0000000E        [  1] literal string: .cxx_destruct
<<dead>>         0x0000000E            [  4] literal string: .cxx_destruct

Dead Stripped Symbols的意思是.o 文件中不必要的符号去掉；

例如[ 4] literal string: .cxx_destruct就是不必要的符号，[ 4]是指SceneDelegate.o之所以不必要是因为对于objc_methname节来说，不需要有同名的符号。

// linkfile map内容，[ 4]指SceneDelegate.o
[  4] /Users/xxxx/Library/Developer/Xcode/DerivedData/PacketSize-athynpqwkehwhtfsynewxvtjyvdz/Build/Intermediates.noindex/PacketSize.build/Release-iphoneos/PacketSize.build/Objects-normal/arm64/SceneDelegate.o

Xcode 中Dead Stripped Symbols相关的设置：

TEXT.objc_methtype

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__TEXT	__objc_methtype	2831	2843	2843	12	0

// 有NSString属性，有以下符号
0x1000073CF        0x00000008        [  1] literal string: @16@0:8
0x1000073D7        0x0000000B        [  1] literal string: v24@0:8@16
0x1000073E2        0x0000000C        [  1] literal string: @"NSString"
// 同样Dead Stripped Symbols中也有@16@0:8、v24@0:8@16

TEXT.cstring 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__TEXT	__cstring	144	183	222	39	39

// 一个属性 10 + 29 = 39
0x100007EE2        0x0000000A        [  1] literal string: myString1
0x100007EEC        0x0000001D        [  1] literal string: T@"NSString",&,N,V_myString1
// 两个属性
0x100007EAF        0x0000000A        [  1] literal string: myString1
0x100007EB9        0x0000001D        [  1] literal string: T@"NSString",&,N,V_myString1
0x100007ED6        0x0000000A        [  1] literal string: myString2
0x100007EE0        0x0000001D        [  1] literal string: T@"NSString",&,N,V_myString2

TEXT.objc_classname 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__TEXT	__objc_classname	122	122	114	0	2

两个属性，比其他多占用了两个字节，目前还不知道这两个字节是怎么排列出来的，字节对齐？
0x100007322        0x0000000F        [  1] literal string: ViewController
0x100007331        0x00000002        [  1] literal string: 
0x100007333        0x0000000C        [  2] literal string: AppDelegate
0x10000733F        0x00000016        [  2] literal string: UIApplicationDelegate
0x100007355        0x00000009        [  2] literal string: NSObject
0x10000735E        0x0000000E        [  4] literal string: SceneDelegate
0x10000736C        0x00000016        [  4] literal string: UIWindowSceneDelegate
0x100007382        0x00000010        [  4] literal string: UISceneDelegate
0x100007392        0x00000002        [  4] literal string:

DATA.objc_const 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__DATA	__objc_const	4904	5040	5136	136	96

没有属性
0x100008110        0x00000020        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController

一个属性 40 + 24 + (104 - 32) = 136
0x100008178        0x00000028        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_ViewController
0x100008110        0x00000068        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController
0x1000081A0        0x00000018        [  1] __OBJC_$_PROP_LIST_ViewController

两个属性 (152 - 104) + (72 - 40) + (40 - 24) = 96
0x100008110        0x00000098        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController
0x1000081A8        0x00000048        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_ViewController
0x1000081F0        0x00000028        [  1] __OBJC_$_PROP_LIST_ViewController

DATA.objc_ivar 分析

segment	section	没有属性	一个属性	两个属性	$1	$2
__DATA	__objc_ivar	4	8	12	4	4

一个属性
0x1000094B0        0x00000004        [  1] _OBJC_IVAR_$_ViewController._myString1
两个属性
0x100009510        0x00000004        [  1] _OBJC_IVAR_$_ViewController._myString1
0x100009514        0x00000004        [  1] _OBJC_IVAR_$_ViewController._myString2

总结：通过以上的介绍，我们掌握了“从二进制文件层面分析编码对包大小的影响”的分析方法，用此方法我们可以继续分析“函数、direct、block”对包大小的影响。

编码上优化包大小的 Tips

属性动态化

探索对属性添加@dynamic 会对二进制文件产生的影响，探索方式跟上面一样，还是通过 link file map 的符号分析：

@interface ViewController()

// 对比myString1属性有无添加@dynamic修饰的区别
@property (nonatomic, copy) NSString *myString1;

@end

TEXT.text 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | TEXT | text |412 |468 | 56|

// 添加dynamic修饰没有以下部分
// 16 + 20 + 20 = 56
0x100006318        0x00000010        [  1] -[ViewController myString1]
0x100006328        0x00000014        [  1] -[ViewController setMyString1:]
0x10000633C        0x00000014        [  1] -[ViewController .cxx_destruct]

说明添加了@dynamic修饰不会生成 getter、setter，并且没有实例变量，自然也不需要在dealloc中执行置 nil 的代码。

TEXT.objc_methname 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | TEXT | objc_methname |3431 | 3396 | 35|

// 添加dynamic修饰没有以下部分
// 10 + 14 + 11 = 35
0x1000065FC        0x0000000A        [  1] literal string: myString1
0x100006606        0x0000000E        [  1] literal string: setMyString1:
0x100006622        0x0000000B        [  1] literal string: _myString1

说明添加了@dynamic修饰不会生成 getter、setter，并且没有实例变量，自然就不需要生成对应的常量符号。

TEXT.objc_methtype 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | TEXT | objc_methtype |2831 |2843 | 12|

// 添加dynamic修饰没有下面的符号
// 但是在计算添加dynamic收益时，不能将这个计算入内，原因是一个项目一般都是这些符号的
0x1000073E2        0x0000000C        [  1] literal string: @"NSString"

TEXT.cstring 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | TEXT | cstring |173 |183 | 10|

一个属性
0x100007EEC        0x0000001D        [  1] literal string: T@"NSString",&,N,V_myString1
dynamic属性
0x100007EF9        0x00000013        [  1] literal string: T@"NSString",&,D,N

【T@"NSString",&,N,V_myString1】和【T@"NSString",&,D,N】是属性类型字符串， property type stringapple 的官方文档中有这个介绍

https://developer.apple.com/library/archive/documentation/Cocoa/Conceptual/ObjCRuntimeGuide/Articles/ocrtPropertyIntrospection.html#//apple_ref/doc/uid/TP40008048-CH101 // 关于属性类型字符串介绍

DATA.objc_const 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | DATA | objc_const |4928 |5040 | 112|

一个属性
0x100008110        0x00000068        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController
0x100008178        0x00000028        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_VARIABLES_ViewController

dynamic属性
0x100008110        0x00000020        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController

(104 - 32) + 40 = 112

实例方法列表没有 myString1 的 getter、setter。

DATA.objc_ivar 分析

| segment | section | 无 dynamic | 有dynamic |比较 |
| ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | ----- | | DATA | objc_ivar|4 |8 | 4|

dynamic 属性没有以下符号
0x1000094B0        0x00000004        [  1] _OBJC_IVAR_$_ViewController._myString1

没有实例变量，自然就没有_OBJC_IVAR_$_ViewController._myString1符号。

结论：用@dynamic优化一个属性，收益是(229 - 12)= 217B，12 是__objc_methtype 不能算进来；应用场景是对 model 类添加@dynamic。

方法调用、函数调用、direct 方法调用

实验数据

实验方法：

// 对照组
#define Test // 先空实现
void func(ViewController *mSelf)
{
  [mSelf method];
}

@interface ViewController ()

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  [self test];
}

- (void)method
{
  NSLog(@"");
}

- (void)test
{
    // 2000个 Test 宏的调用，注意，对照组的宏是空实现
}

// 方法调用 的 实验
// 修改Test宏
#define Test [self method];

// 函数调用 的 实验
#define Test func(self);

// direct方法调用 的 实验
#define Test [self method];
- (void)test __attribute__((objc_direct));

使用函数的汇编指令：

使用方法的汇编指令：

以上两个截图的汇编指令基本一样，说明在调用 func(self)函数时，因为函数内部实现过于简单，被编译优化了，直接优化为内敛函数。

修改 func 函数的实现，避开编译优化：

// 不影响调用逻辑的情况下，将函数实现改复杂点
void func(ViewController *mSelf)
{
  if ([mSelf isKindOfClass:[ViewController class]]) {
    [mSelf method];
  }
}

另外还做了一组方法名长度不同的实验：

短方法名：method

长方法名：methodmethodmethodmethodmethodmethodmethodmethod

	短方法名	长方法名
对照组	0.52K	0.61K
方法调用	23.98K	24.07K
函数调用	16.30K	16.34K
direct 方法调用	16.11K	16.16K

短方法名和长方法名对二进制大小的影响？

分别查看短方法名和长方法名的 TEXT.text

// 短方法名
0x100004560        0x00005FB4        __TEXT        __text
0x1000045CC        0x00005DDC        [  1] -[ViewController test]
// 长方法名
0x100004534        0x00005FB4        __TEXT        __text
0x1000045A0        0x00005DDC        [  1] -[ViewController test]

大小都是0x00005FB4

短方法：

长方法：

短方法名和长方法名对二进制大小的影响非常小，TEXT.text 的大小是一样的，原因是方法调用主要是操作函数指针，此时方法名长度对此没有影响；

那么主要影响是TEXT.objc_methname

// 短方法名
0x10000A664        0x00000D96        __TEXT        __objc_methname
// 长方法名
0x10000A638        0x00000DC0        __TEXT        __objc_methname

本实验中，函数调用和方法调用的区别？

先对比下方法调用和函数调用，在二进制上的区别：

// 函数和方法的区别
// 函数调用
0x100006448        0x000040CC        __TEXT        __text
// 方法调用
0x100004560        0x00005FB4        __TEXT        __text

区别还是在 TEXT.text 上。

函数调用的汇编：

方法调用的汇编：

方法调用需要更多的指令，因此将方法调用改为函数调用，随着调用处越多，包大小的收益越大。

函数调用和 direct 方法调用的区别？

// 函数和direct的区别
// 函数调用
0x100006448        0x000040CC        __TEXT        __text
0x10000A664        0x00000D96        __TEXT        __objc_methname
0x10000BF90        0x00000070        __TEXT        __unwind_info
0x10000C0F0        0x00001358        __DATA        __objc_const
0x10000D448        0x00000038        __DATA        __objc_selrefs
0x10000D480        0x00000018        __DATA        __objc_classrefs
// direct调用
0x1000064C4        0x00004060        __TEXT        __text
0x10000A674        0x00000D8F        __TEXT        __objc_methname
0x10000BF9C        0x00000064        __TEXT        __unwind_info
0x10000C0F0        0x00001340        __DATA        __objc_const
0x10000D430        0x00000028        __DATA        __objc_selrefs
0x10000D458        0x00000010        __DATA        __objc_classrefs

// direct方法调用TEXT.text中没有[ViewController method]符号，但是当method方法内部的实现比较多时，就会有[ViewController method]符号；原因是method过于简单被编译器优化为内联了
// 因为method被内联了，所以__objc_selrefs少了一个符号；但是当method实现复杂了，会多一个method方法的调用，__objc_selrefs就多一个符号

// 函数在TEXT.objc_methname多了以下两个符号
0x10000A664        0x00000006        [  1] literal string: class
0x10000A66A        0x0000000F        [  1] literal string: isKindOfClass:

// 函数调用实例方法列表尺寸比direct方法调用大，原因direct没有实例方法
// 函数调用
0x10000C138        0x00000050        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController
// direct方法调用
0x10000C138        0x00000038        [  1] __OBJC_$_INSTANCE_METHODS_ViewController

结论：direct 方法收益和函数调用基本一致，每一处调用优化收益是 3.93b。

函数调用、direct 方法调用为何可以减少二进制文件大小？

正常方法调用：

函数调用：

direct 方法调用：

x0是储存函数的第一个参数，msgSend的第一个参数肯定是self，所以x0是self
cbz先判断self是否存在，如果不存在，goto 0x1000063ac->ret,ret是return；

- (void)method
{
  NSLog(@"");
}
如果self存在，则执行 NSLog

因为method方法实现过于简单，被编译器优化为内联了。

当方法实现比较简单，使用 direct 修饰，可以优化调用效率，但是包大小收益可能是负收益；因为很多处调用 direct 方法被内联。

回到一开始的问题：函数调用、direct 方法调用可以减少二进制文件大小的原因是因为相比方法调用，指令变少了。

去 Block

实验内容：

// 有block和无block的代码区别
- (void)blockTest
{
    [self.blockProvider blockInterface1:1];
}
- (void)blockTest
{
    [self.blockProvider blockInterface:^{

    }];
}

block 调用会产生哪些符号？

// 一个block调用与两个block调用的区别
// __DATA.const（没有初始化过的常量） 多一个调用就会多一个___block_literal_global符号，这个占用32个字节
0x100008070        0x00000020        [  1] ___block_descriptor_32_e5_v8?0l
0x100008090        0x00000020        [  1] ___block_literal_global
0x1000080B0        0x00000020        [  1] ___block_literal_global.12

// ___block_literal_global就是Block_layout结构体对象
struct Block_layout {
void *isa; int flags;
int reserved;
void (*invoke)(void *, ...);
struct Block_descriptor *descriptor;
/* Imported variables. */
};

每多一处 block 的调用，会多一个___block_literal_global 符号，占用 32b。

// 无block调用
0x1000060A4        0x00000044        [  1] -[ViewController blockTest]
// 一个block调用
0x100006094        0x00000048        [  1] -[ViewController blockTest]
0x1000060DC        0x00000004        [  1] ___27-[ViewController blockTest]_block_invoke
// 包含_block_invoke这个符号，则说明[ViewController blockTest]方法的实现中，有实现block

// 两个block调用
// 如果有两个block调用，会多出 ___29-[ViewController viewDidLoad]_block_invoke_2

// 有一个block调用比无block调用多出 36 + 4 = 40b
// 有两个block调用比有一个block调用多出24 + 4 = 28b

每多一处 block 的调用，会多一个_block_invoke_2 符号，占用 4b。

block 调用和方法调用，在调用处的汇编指令差别？

方法调用：

- (void)blockTest
{
  [self.blockProvider blockInterface1:1];
}

block 调用：

在调用处的指令，block 调用只是比方法调用多了一个指令，多了 4 个字节（maplinkfile 计算出来的）。

去 Block 优化的示例

含有 block 参数方法的实现：

// 定义含有block的方法
- (void)blockInterface:(void(^)(void))block
{
  [self shill];

  !block ? : block();
}

- (void)shill
{
  NSString *string = @"123";
  if ([string isKindOfClass:[NSString class]]) {
    NSLog(@"123");
  }
}

// 去Block的优化
#define CallBlock(blockProvider,BLOCK)\
[blockProvider shill];\
BLOCK

实验对比：

- (void)blockTest
{
  [self.blockProvider blockInterface:^{
    NSLog(@"block");
  }];
}

- (void)blockTest
{
  CallBlock(self.blockProvider,{
    NSLog(@"block");
  })
}

// 去Block，相当于把block的实现内联了
0x100006064        0x00000050        [  1] -[ViewController blockTest]

// 调用含有block的方法
// TEXT.text
0x10000604C        0x00000048        [  1] -[ViewController blockTest]
0x100006094        0x0000001C        [  1] ___27-[ViewController blockTest]_block_invoke
// DATA.const
0x100008070        0x00000020        [  1] ___block_descriptor_32_e5_v8?0l
0x100008090        0x00000020        [  1] ___block_literal_global

调用含有 block 的方法：

去 Block：

结论：去 Block 的主要收益在于减少了___block_literal_global 和_block_invoke 符号，但是去 block 相当于把 block 的实现内联了，_block_invoke 主要大小的占用是 block 的实现，这块内联和_block_invoke 的差异差不多有 0x0000001C(28) - (0x00000050 - 0x00000048) = 20b；