Mach-O（Mach Object File Format，wiki，chs）是macOS、iOS、iPadOS上的可执行文件格式，类似于 Linux（UNIX ）的ELF以及 Windows 上的PE。
具体格式包括：*.a（静态库） 、*.dylib（动态库）、可执行文件、*.o（中间文件）、*.dSYM（调试符号）。一个Mach-O文件中，可以包含多个架构（如同时包含armv7、arm64）。
file ./Test1 // 通过file命令来查看当前目录可执行二进制Test1的架构信息
admin@NICOCHEN-MC4 Test1.app % file Test1 Test1: Mach-O universal binary with 2 architectures: [arm_v7:Mach-O executable arm_v7] [arm64:Mach-O 64-bit executable arm64] Test1 (for architecture armv7): Mach-O executable arm_v7 Test1 (for architecture arm64): Mach-O 64-bit executable arm64
otool -f -V ./Test1 // 通过otool命令查看当前目录可执行二进制Test1的架构信息
Fat headers fat_magic FAT_MAGIC nfat_arch 2 architecture armv7 cputype CPU_TYPE_ARM cpusubtype CPU_SUBTYPE_ARM_V7 capabilities 0x0 offset 16384 size 79488 align 2^14 (16384) architecture arm64 cputype CPU_TYPE_ARM64 cpusubtype CPU_SUBTYPE_ARM64_ALL capabilities 0x0 offset 98304 size 80208 align 2^14 (16384)
设置Test1的Architectures为armv7和arm4，目标设备设置为Any iOS Device（armv7, arm64）
/Users/admin/Library/Developer/Xcode/DerivedData/Test1-enpnmzugwpjxckbyiyimrjuwqjqk/Build/Products/Debug-iphoneos/Test1.app 注：Xcode输出路径在Preferences面板的Locations标签中指定
lipo -thin armv7 ./Test1 -o Test1_v7 // 将当前目录中Test1的armv7架构保存到独立的Test1_v7可执行文件中 注：Test1_v7的架构仅包含armv7
MachO文件结构（以UAGame的shipping版iOS可执行文件为例）
字段说明
| 字段 | 含义 |
| Mach64 Header |
描述了 Mach-O 的魔数、CPU 架构、文件类型以及加载命令（Load Commands）等信息 注：魔数为MH_MAGIC_64表示大端序，为MH_CIGAM_64表示小端序 |
| Load Commands | load commands会指导动态加载器(dyld)该如何加载Mach-O文件 |
| __PAGEZERO | Catch访问NULL指针的非法操作的段 |
| __TEXT | 为代码段、只读数据段 |
| __DATA | 可读写数据段 |
| LC_LOAD_DYLINKER | 指定了dyld所在的路径为/usr/lib/dyld |
| LC_UUID | 记录了当前MachO文件的uuid值 |
| LC_VERSION_MIN_IPHONEOS | 最小可运行的iphone os版本 |
| LC_MAIN |
main函数地址（entry point） |
| LC_LOAD_DYLIB | 类似于强引用当前库。如果无法成功load当前库，就会报错，导致启动失败 |
| LC_LOAD_WEAK_DYLIB | 类似于弱引用，如果加载路径下有这个库，就引入；否则可以不引入。不影响使用 |
| LC_SYMTAB |
指向symbol table和string table。symbol table包含了可执行的镜像文件所用到的所有符号信息。 注：符号名在symbol table只存了一个string index索引值，具体的字符串存放在string table中。 |
| LC_DYSYMTAB |
指向indirect symbol table，为一个index 数组，即每个条目的内容是一个 index 值，该index 值（从 0 开始）指向到symbol table中的条目。 该表是为__stubs、__nl_symbol_ptr、__got、__la_symbol_ptr段服务的 Indirect symbols for (__TEXT,__stubs) 1 entries Indirect symbols for (__DATA,__nl_symbol_ptr) 2 entries 0x0000000000002008 ABSOLUTE Indirect symbols for (__DATA,__got) 1 entries Indirect symbols for (__DATA,__la_symbol_ptr) 1 entries 可通过otool -I ./UAGame-IOS-Shipping命令来查看其内容 |
otool -L ./UAGame-IOS-Shipping // 查看可执行文件UAGame-IOS-Shipping依赖的第三方动态链接库 注：该命令会读取LC_LOAD_DYLIB和LC_LOAD_WEAK_DYLIB的信息
./UAGame-IOS-Shipping: /System/Library/Frameworks/QuartzCore.framework/QuartzCore (compatibility version 1.2.0, current version 1.11.0) /System/Library/Frameworks/UIKit.framework/UIKit (compatibility version 1.0.0, current version 5067.3.107) /System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Foundation (compatibility version 300.0.0, current version 1854.0.0) /System/Library/Frameworks/AudioToolbox.framework/AudioToolbox (compatibility version 1.0.0, current version 1000.0.0) /System/Library/Frameworks/AVFoundation.framework/AVFoundation (compatibility version 1.0.0, current version 2.0.0) /System/Library/Frameworks/GameKit.framework/GameKit (compatibility version 1.0.0, current version 810.63.3) /System/Library/Frameworks/StoreKit.framework/StoreKit (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreVideo.framework/CoreVideo (compatibility version 1.2.0, current version 1.5.0) /System/Library/Frameworks/CoreMedia.framework/CoreMedia (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreGraphics.framework/CoreGraphics (compatibility version 64.0.0, current version 1548.1.3) /System/Library/Frameworks/GameController.framework/GameController (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/SystemConfiguration.framework/SystemConfiguration (compatibility version 1.0.0, current version 1163.10.2) /System/Library/Frameworks/DeviceCheck.framework/DeviceCheck (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /System/Library/Frameworks/UserNotifications.framework/UserNotifications (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /System/Library/Frameworks/CoreMotion.framework/CoreMotion (compatibility version 1.0.0, current version 2663.0.3) /System/Library/Frameworks/AdSupport.framework/AdSupport (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /System/Library/Frameworks/WebKit.framework/WebKit (compatibility version 1.0.0, current version 612.1.27) /System/Library/Frameworks/iAd.framework/iAd (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreAudio.framework/CoreAudio (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreTelephony.framework/CoreTelephony (compatibility version 1.0.0, current version 0.0.0) /System/Library/Frameworks/Security.framework/Security (compatibility version 1.0.0, current version 60157.12.1) /System/Library/Frameworks/CFNetwork.framework/CFNetwork (compatibility version 1.0.0, current version 1312.0.0) /System/Library/Frameworks/JavaScriptCore.framework/JavaScriptCore (compatibility version 1.0.0, current version 612.1.27) /System/Library/Frameworks/CoreText.framework/CoreText (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreImage.framework/CoreImage (compatibility version 1.0.0, current version 5.0.0) /System/Library/Frameworks/ImageIO.framework/ImageIO (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/AssetsLibrary.framework/AssetsLibrary (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/Accelerate.framework/Accelerate (compatibility version 1.0.0, current version 4.0.0) /System/Library/Frameworks/VideoToolbox.framework/VideoToolbox (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /System/Library/Frameworks/MobileCoreServices.framework/MobileCoreServices (compatibility version 1.0.0, current version 1141.1.0) /System/Library/Frameworks/EventKit.framework/EventKit (compatibility version 1.0.0, current version 1716.0.0) /System/Library/Frameworks/Photos.framework/Photos (compatibility version 1.0.0, current version 402.5.140) /System/Library/Frameworks/MediaPlayer.framework/MediaPlayer (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/MapKit.framework/MapKit (compatibility version 1.0.0, current version 14.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreLocation.framework/CoreLocation (compatibility version 1.0.0, current version 2663.0.3) /System/Library/Frameworks/CoreData.framework/CoreData (compatibility version 1.0.0, current version 1132.0.0) /System/Library/Frameworks/EventKitUI.framework/EventKitUI (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/MessageUI.framework/MessageUI (compatibility version 1.0.0, current version 3693.0.2) /System/Library/Frameworks/Social.framework/Social (compatibility version 1.0.0, current version 87.0.0) /System/Library/Frameworks/Metal.framework/Metal (compatibility version 1.0.0, current version 257.25.0, weak) /System/Library/Frameworks/OpenAL.framework/OpenAL (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/OpenGLES.framework/OpenGLES (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/MediaToolbox.framework/MediaToolbox (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/AdServices.framework/AdServices (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /System/Library/Frameworks/AppTrackingTransparency.framework/AppTrackingTransparency (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0, weak) /usr/lib/libiconv.2.dylib (compatibility version 7.0.0, current version 7.0.0) /usr/lib/libsqlite3.dylib (compatibility version 9.0.0, current version 329.0.0) /usr/lib/libc++.1.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1200.3.0) /usr/lib/libz.1.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1.2.11) /usr/lib/libresolv.9.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /usr/lib/libxml2.2.dylib (compatibility version 10.0.0, current version 10.9.0) /usr/lib/libbz2.1.0.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.8) /usr/lib/libSystem.B.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 1311.0.0) /System/Library/Frameworks/AVKit.framework/AVKit (compatibility version 1.0.0, current version 1.0.0) /System/Library/Frameworks/CoreFoundation.framework/CoreFoundation (compatibility version 150.0.0, current version 1854.0.0) /usr/lib/libobjc.A.dylib (compatibility version 1.0.0, current version 228.0.0)
注：framework并不是库，它只是一种打包方式，里面既可以是动态库也可以是静态库。它将库的二进制文件，头文件和有关的资源文件打包到一起，方便管理和分发。
xcrun size -lm UAGame-IOS-Shipping // 查看可执行文件UAGame-IOS-Shipping各段的size、起始地址和offset信息
Segment __PAGEZERO: 4294967296 (zero fill) (vmaddr 0x0 fileoff 0) Segment __TEXT: 140509184 (vmaddr 0x100000000 fileoff 0) Section __text: 123041436 (addr 0x100004000 offset 16384) Section __stubs: 96420 (addr 0x10755b69c offset 123057820) Section __stub_helper: 17496 (addr 0x107572f40 offset 123154240) Section __gcc_except_tab: 1825508 (addr 0x107577398 offset 123171736) Section __objc_classname: 67062 (addr 0x107734e7c offset 124997244) Section __objc_methname: 596059 (addr 0x107745472 offset 125064306) Section __objc_methtype: 389599 (addr 0x1077d6ccd offset 125660365) Section __cstring: 4263151 (addr 0x107835eb0 offset 126049968) Section __const: 4527489 (addr 0x107c46bc0 offset 130313152) Section __ustring: 4655330 (addr 0x108098142 offset 134840642) Section __unwind_info: 648680 (addr 0x108508a24 offset 139495972) Section __eh_frame: 359932 (addr 0x1085a7010 offset 140144656) total 140488162 Segment __DATA: 31440896 (vmaddr 0x108600000 fileoff 140509184) Section __got: 18528 (addr 0x108600000 offset 140509184) Section __la_symbol_ptr: 64280 (addr 0x108604860 offset 140527712) Section __mod_init_func: 19480 (addr 0x108614378 offset 140591992) Section __const: 14553312 (addr 0x108619000 offset 140611584) Section __cfstring: 473664 (addr 0x1093fa0e0 offset 155164896) Section __objc_classlist: 22648 (addr 0x10946db20 offset 155638560) Section __objc_nlclslist: 536 (addr 0x109473398 offset 155661208) Section __objc_catlist: 280 (addr 0x1094735b0 offset 155661744) Section __objc_nlcatlist: 48 (addr 0x1094736c8 offset 155662024) Section __objc_protolist: 2872 (addr 0x1094736f8 offset 155662072) Section __objc_imageinfo: 8 (addr 0x109474230 offset 155664944) Section __objc_const: 2242360 (addr 0x109474238 offset 155664952) Section __objc_selrefs: 146928 (addr 0x109697970 offset 157907312) Section __objc_protorefs: 320 (addr 0x1096bb760 offset 158054240) Section __objc_classrefs: 20936 (addr 0x1096bb8a0 offset 158054560) Section __objc_superrefs: 13120 (addr 0x1096c0a68 offset 158075496) Section __objc_ivar: 46420 (addr 0x1096c3da8 offset 158088616) Section __objc_data: 282008 (addr 0x1096cf300 offset 158135040) Section __data: 1099512 (addr 0x1097140a0 offset 158417056) Section __thread_vars: 96 (addr 0x109820798 offset 159516568) Section __thread_bss: 69 (addr 0x1098207f8 zerofill) Section __bss: 10328904 (addr 0x109820840 zerofill) Section __common: 2087360 (addr 0x10a1fb000 zerofill) total 31423689 Segment __LINKEDIT: 5301728 (vmaddr 0x10a3fc000 fileoff 159531008) total 4472219104
不同段的说明
| 段名 | 类别 | 说明 |
| __text | __TEXT |
主程序代码 otool -tv ./UAGame-IOS-Shipping // 查看可执行文件UAGame-IOS-Shipping代码段反编译内容 |
| __stubs | __TEXT |
__stubs是一个表，每项是一小段会直接跳入laze binding的表对应项指针指向地址的代码（桩代码），存储外部函数 otool ./UAGame-IOS-Shipping -s __TEXT __stubs |
| __stub_helper | __TEXT |
辅助函数，上述提到的laze binding的表中对应项的指针在没有找到真正的符号地址的时候，都指向这里 otool -v ./UAGame-IOS-Shipping -s __TEXT __stub_helper |
| __gcc_except_tab | __TEXT | gcc异常表 |
| __objc_classname | __TEXT | OC类名和用到的系统Protocol名称 |
| __objc_methname | __TEXT | OC方法名称 |
| __objc_methtype | __TEXT | OC方法类型 |
| __cstring | __TEXT | C语言字符串 |
| __const | __TEXT | const 关键字修饰的常量 |
| __ustring | __TEXT | unicode字符串 |
| __unwind_info | __TEXT | 用来存储处理异常情况信息 |
| __eh_frame | __TEXT | 调试符号信息 |
| __got | __DATA |
用来存放外部全局变量/常量的最终地址值。在程序运行前（加载时）就会被绑定（non-lazy binding） 对于程序段__text里的代码，对外部数据型符号的引用，会指向__got段 otool ./UAGame-IOS-Shipping -s __DATA __got |
| __la_symbol_ptr | __DATA |
lazy绑定符号指针，表中的指针一开始都指向__stub_helper otool ./UAGame-IOS-Shipping -s __DATA __la_symbol_ptr |
| __nl_symbol_ptr | __DATA |
非lazy绑定符号指针，表中的数据为绑定后的地址（在加载时绑定好） 注：__got是为__text代码段中的符号服务的，而__nl_symbol_ptr不是 |
| __mod_init_func | __DATA | 初始化函数，C++静态初始化、attribute等 |
| __mod_term_func | __DATA | 终止函数，main函数返回之后调用 |
| __const | __DATA | 未初始化过的常量 |
| __cfstring | __DATA | CFStringRefs字符串 |
| __objc_classlist | __DATA | OC类列表 |
| __objc_nlclslist | __DATA |
实现了+(void)load方法的类 注1：load方法是OC中一个特殊方法，在main函数之前，装载类信息时就会调用执行 注2：load方法可以继承。调用子类的load方法之前，会先调用父类的load方法。 |
| __objc_catlist | __DATA |
记录所有Category（分类） 注：Category只能为已经存在的类添加方法，而不能添加成员变量 |
| __objc_nlcatlist | __DATA |
实现了+(void)load方法的Category（分类） 注1：Category（分类）也可以有load方法 注2：优先调用类的load方法，之后再调用Category（分类）的load方法 |
| __objc_protolist | __DATA | OC原型列表 |
| __objc_imageinfo | __DATA | OC二进制信息 |
| __objc_const | __DATA | OC常量 |
| __objc_selrefs | __DATA | OC self引用 |
| __objc_protorefs | __DATA | OC原型引用 |
| __objc_classrefs | __DATA | OC原型引用（类方法） |
| __objc_superrefs | __DATA | OC超类引用 |
| __objc_ivar | __DATA | OC成员变量 |
| __objc_data | __DATA | OC类信息，包括Meta_Class |
| __data | __DATA | 初始化过的全局变量 |
| __thread_vars | __DATA | 与线程局部存储（TLS）有关 |
| __thread_data | __DATA | 同上 |
| __thread_bss | __DATA | 同上 |
| __bss | __BSS | 未初始化过或初始化为0的全局变量 |
| __common | __BSS | 未初始化过的符号声明 |
| Dynamic Loader Info |
动态加载信息 ① Rebase info：修复的是指向当前镜像内部的资源指针（mach-o每次加载到内存中不是固定的地址） ② Binding info：将外部符号进行绑定的过程 ③ Weak Binding Info：针对弱符号进行绑定的过程， 在c语言中，函数、初始化的全局变量、static变量是强符号，未初始化的全局变量是弱符号。 weakBinding这一步会把镜像中所有含有弱符号的映像合并成一个列表，再进行binding.。所以这一步放在最后，等加载完成后在做操作。 ④ Lazy Binding Info：在加载动态库的时候不会立即binding, 当时当第一次调用这个方法的时候再实施binding。 ⑤ Export Info：导出的函数 |
|
| Function Starts |
入口函数
|
|
| Data in Code Entries |
代码入口数据
|
|
| Symbol Table |
所有符号表信息。包含调试符号、导出符号（MachOView中底色为黄色）和导入符号（MachOView中底色为绿色） 注：debug版在该Table中会包含大量调试符号 |
|
| Dynamic Symbol Table | 动态符号表。只包含导出符号和导入符号 | |
| String Table | 符号名表 |
Category（分类）
运行时（runtime）会将Category（分类）结构体中的instanceMethods（实例方法）, protocols（协议），instanceProperties（实例属性 注：实例属性不是实例变量）添加到target class的实例方法列表，协议列表，属性列表中，
会将Category（分类）结构体中的classMethods（类方法）添加到target class所对应的元类的实例方法列表中。
经过这一番修改，Category（分类）中的方法，就变成了target class方法列表中的一部分。
Lazy Binding
首次访问外部的_say函数时：
① _say对应的__la_symbol_ptr条目内容指向到__stub_helper
② __stub_helper里的代码逻辑，通过各种辗转最终调用dyld_stub_binder函数（dyld_stub_binder函数定义于dyld_stub_binder.S，由 dyld 提供）
③ dyld_stub_binder函数通过调用 dyld 内部的函数找到_say符号的真实地址
④ dyld_stub_binder将地址写入__la_symbol_ptr条目
⑤ dyld_stub_binder跳转到_say符号的真实地址
之后再次访问_say函数时，__stubs 里的 jmp 指令直接跳转符号的真实地址，因为该地址已经被写到__la_symbol_ptr条目中。
不同配置的统计项的大小
| 统计项 | Debug | Development | Test | Shipping |
| 可执行文件大小 | 879 MB | 509 MB | 396 MB | 154 MB |
| __text | 0cf739a0 | 0a13058c | 08df86d4 | 07274780 |
| __stubs | 00018eac | 00014040 | 00014004 | 00013db8 |
| __stub_helper | 00004704 | 00004680 | 00004644 | 00004404 |
| __gcc_except_tab | 001ad780 | 001cd528 | 001c9d4c | 001b96a0 |
| __objc_classname | 00010020 | 000101a6 | 00010020 | 00010020 |
| __objc_methname | 000919bc | 00091bf3 | 00091956 | 00091848 |
| __objc_methtype | 0006127c | 000624bc | 000610e7 | 000610e7 |
| __cstring | 0050d00d | 004c5dff | 00426edd | 003b40ac |
| __const | 00652f31 | 0068d781 | 0067c0e1 | 0043a741 |
| __ustring | 0065e7ea | 0065b7d2 | 00536e38 | 0045e17c |
| __unwind_info | 000d49bc | 000c51d0 | 000c2f44 | 000998ac |
| __eh_frame | 000c5bbc | 000c5eb8 | 000c5eb8 | 00057dfc |
| __got | 00003cc8 | 00003c98 | 00003c58 | 00003460 |
| __la_symbol_ptr | 000109c8 | 0000d580 | 0000d558 | 0000d3d0 |
| __nl_symbol_ptr | 无 | 无 | 无 | 无 |
| __mod_init_func | 00005220 | 00005188 | 00005100 | 00004c48 |
| __mod_term_func | 无 | 无 | 无 | 无 |
| __const | 00f29278 | 00ec7088 | 00e6cd40 | 00d9d1d0 |
| __cfstring | 00074f00 | 00074fe0 | 00074e80 | 00074a00 |
| __objc_classlist | 000056a0 | 00005700 | 000056a0 | 000056a0 |
| __objc_nlclslist | 00000218 | 00000218 | 00000218 | 00000218 |
| __objc_catlist | 00000118 | 00000118 | 00000118 | 00000118 |
| __objc_nlcatlist | 00000030 | 00000030 | 00000030 | 00000030 |
| __objc_protolist | 00000b30 | 00000b40 | 00000b30 | 00000b30 |
| __objc_imageinfo | 00000008 | 00000008 | 00000008 | 00000008 |
| __objc_const | 00223148 | 00224790 | 00223068 | 00222ec8 |
| __objc_selrefs | 00024248 | 00024288 | 00024238 | 000241d8 |
| __objc_protorefs | 00000140 | 00000148 | 00000140 | 00000140 |
| __objc_classrefs | 00005048 | 000050a0 | 00005040 | 00005038 |
| __objc_superrefs | 00003208 | 00003258 | 00003208 | 00003208 |
| __objc_ivar | 0000b04c | 0000b0fc | 0000b030 | 0000b024 |
| __objc_data | 00036240 | 00036600 | 00036240 | 00036240 |
| __data | 001a1af8 | 0017cfd0 | 0015b6c8 | 0010fec8 |
| __thread_vars | 00000138 | 00000138 | 00000138 | 00000060 |
| __thread_data | 00000008 | 00000008 | 00000008 | 00000000 |
| __thread_bss | 00000070 | 00000070 | 00000068 | 00000045 |
| __bss | 0119fff0 | 0118b8c8 | 01134148 | 009ce578 |
| __common | 00426b88 | 00424b88 | 003e4b88 | 002049c0 |
参考
How to optimize today’s headline IOS installation package