• 本期话题： Developer 设计开发加速器｜在 SwiftUI 中管理数据模型
• 本周学习：iOS 堆栈调用理论回顾
• 内容推荐：SwiftUI 好文推荐
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 Developer 设计开发加速器｜在 SwiftUI 中管理数据模型

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整理编辑：Hello World

iOS 堆栈调用理论回顾

我们都知道程序的函数调用利用的是栈结构，每嵌套调用一次函数，就执行一次压栈操作，函数执行完毕后，执行出栈操作回到栈底(也就是函数调用处)，继续执行后续指令。 大部分操作系统栈的增长方向都是从高往低(包括 iOS / Mac OS)，意味着每次函数调用栈开辟都是在做内存地址的减法，Stack Pointer 指向栈顶，Frame Pointer 指向上一个栈帧的 Stack Pointer的地址值，通过 Frame Pointer 就可以递归回溯获取整个调用栈。 每一次压栈时的数据结构被称为栈帧(Stack Frame)，里面存储了当前函数的栈顶指针以及栈底指针，如果我们能拿到每一次压栈的数据结构, 则可以根据这两个指针来递归回溯整个调用栈。

对于 x86_64或者 arm64 架构, 函数调用的汇编指令 call/bl 做法都是类似的：

1. 先将函数调用的下一条指令地址入栈，这一条指令是被调用函数执行结束后需要跳转执行的指令，一般存储到 LR寄存器中。如果后续还有其他函数调用，则会把LR存入栈帧进行保存。
2. 然后保存调用函数 caller 的 FP 指针，保存位置紧邻 LR 存储的内存地址。
3. 开辟新的栈空间，重新赋值 FP 指向新的栈的栈底，即被调用函数的栈帧的栈底。

通过上面的操作，我们已经可以实现串起整个函数调用链。但是由于我们只获取到 LR的值，它记录的是 caller 函数中的某一条指令地址，而我们的二进制文件存储的都是函数调用的首地址，所以要如何通过 LR 对应到具体的函数是下一步要做的事情。采用的方法也很好理解，即通过遍历 MachO的符号表，找到每个栈帧中存储的 LR的值最相近的高地址的函数，认为该函数是 Caller调用函数。

上面针对的是普通的函数调用，在实际情况下会有一些特殊的函数调用，例如内联或者尾调用等。这些都是没有办法通过上面的方式获取到调用栈的。

另外 x86_64 和 arm64 还有一些不同之处在于，arm64 下编译器可能会做一个优化：即针对叶子节点函数会优化栈帧结构，不再入栈保存 FP，这时读取到的 FP指针实际是 Caller 函数的 FP。

这个优化只针对 FP指针，叶子节点函数的LR指针还是会保存的（因为需要出栈继续执行下条指令）。所以我们可以通过线程上下文获取当前的 LR 对比FP计算得到的LR 是否是同一个地址，来判断最后一次的 FP是叶子节点函数的 FP 还是它的调用方的 FP。相同表示未优化 FP，不同表示已优化，则需要记录本次的 LR。

具体实现代码可以参考 BSBacktraceLogger，简化的核心代码如下：

NSString *_bs_backtraceOfThread(thread_t thread) {
  // 初始化50长度的指针数组
  uintptr_t backtraceBuffer[50];
  int i = 0;
// ...
  const uintptr_t instructionAddress = bs_mach_instructionAddress(&machineContext);
  backtraceBuffer[i] = instructionAddress;
  ++i;
  // 通过线程上下文获取 LR 地址 
  uintptr_t linkRegister = bs_mach_linkRegister(&machineContext);
  if(instructionAddress == 0) {
​    return @"Fail to get instruction address";
  }
  // 自定义的帧实体链表, 存储上一个调用栈以及返回地址(lr)
  BSStackFrameEntry frame = {0};
    
  // fp指针
  const uintptr_t framePtr = bs_mach_framePointer(&machineContext);
  if(framePtr == 0 ||
​    // 将fp存储的内容 (pre fp指针)存储到previous, fp+1 存储的内容(lr)存储到return_address
​    bs_mach_copyMem((void *)framePtr, &frame, sizeof(frame)) != KERN_SUCCESS) {
​    return @"Fail to get frame pointer";
  }
  // lr和fp读取的数据不相等, 是因为arm64下 编译器做的优化处理,即叶子函数复用调用函数的调用栈fp, 但是lr和sp是没有复用的, 所以为了避免丢帧,使用lr填充
  if (linkRegister != 0 && frame.return_address != linkRegister)  {
​    backtraceBuffer[i] = linkRegister;
​    i++;
  }
    
  // 原理就是通过当前栈帧的fp读取下一个指针数据,记录的是上一个栈帧的fp数据, fp + 2,存储的是lr数据, 即当前栈退栈后的返回地址(bl的下一条指令地址)
  for(; i < 50; i++) {
​    backtraceBuffer[i] = frame.return_address;
      // ... 容错处理
  }
  // 开始符号化，这里就是文中说的通过 lr 获取最近的函数首地址进行符号化
  int backtraceLength = i;
  Dl_info symbolicated[backtraceLength]；
  bs_symbolicate(backtraceBuffer, symbolicated, backtraceLength, 0);
    // ... 打印结果
  return [resultString copy];
}

代码中的 if (linkRegister != 0 && frame.return_address != linkRegister) 片段 BSBacktraceLogger 中是没有的，当根据打印堆栈将调用栈数调整到恰好 50 个时，会发现最后一个叶子节点函数栈帧丢失，也就是文中说的针对 arm64的优化。

以上代码仅是 FP和 LR的递归回溯的实现，符号化部分参考函数 bs_symbolicate()。

也可以查看 BSBacktraceLogger 的 fork 版本代码，增加了核心代码逻辑注释方便学习。

整理编辑：@远恒之义

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整理编辑：师大小海腾

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2、MindForger，是一款个人知识管理工具

MindForger的目标是模仿人类的思维--学习、回忆、识别、联想、遗忘--以实现与你的思维的协同，使你的搜索、阅读和写作更有效率。

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3、LearnGPT：ChatGPT 是一个非常强大的工具，但对于它能做什么我们大多数情况还是随便想一些问题或者通过其他人发的测试样例进行了解。为了大家更方便了解 ChatGPT，这个网站专门收集了跟 ChatGPT 对话产生的有意思的问题。

4、Open Source Software Insight：一个洞悉开源软件的网站，从非常多的维度总结了当前开源软件的趋势，还可以以数据视角去了解仓库和开发者的各类信息，主要数据来源为 Github。

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