前言

之前,咱们在探求动画及烘托相关原理的时分,咱们输出了几篇文章,回答了iOS动画是怎么烘托,特效是怎么作业的疑问。咱们深感体系设计者在创作这些体系框架的时分,是如此脑洞大开,也 深深意识到了解一门技能的底层原理对于从事该方面作业的重要性。

因而咱们决议 进一步探求iOS底层原理的任务 ,本文探求的ARM64汇编归于 探求底层原理的前常识,是iOS体系的真机环境下ARM64硬件架构的相关汇编常识

一、汇编的用途

  • 编写驱动程序、操作体系（比方Linux内核的某些要害部分）
  • 对功用要求极高的程序或许代码片段，可与高档言语混合运用（内联汇编）
  • 软件安全
    • 病毒剖析与防治
    • 逆向\加壳\脱壳\破解\外挂\免杀\加密解密\缝隙\黑客
  • 了解整个计算机体系的最佳起点和最有效途径
  • 为编写高效代码打下根底
  • 弄清代码的实质
    • 函数的实质究竟是什么?
    • ++a + ++a + ++a 底层怎么执行的?
    • 编译器到底帮咱们干了什么?
    • DEBUG形式和RELEASE形式有什么要害的地方被咱们疏忽
    • ……

总归:

越底层越单纯!真实的程序员都需求了解的一门非常重要的言语,汇编!

二、汇编言语的品种

  • 目前评论比较多的汇编言语有
    • 8086汇编（8086处理器是16bit的CPU）
    • x86汇编(32bit)
    • x64汇编(64bit)
    • ARM汇编(嵌入式、移动设备)
    • ……
  • x86、x64汇编依据编译器的不同，有2种书写格局
    • Intel：Windows派系
    • AT&T ：Unix派系
  • 作为iOS开发工程师，最主要的汇编言语是
    • AT&T汇编 -> iOS模拟器
    • ARM汇编 -> iOS真机设备
  • 咱们iPhone里面用到的是ARM汇编,可是不同的设备也有差异.因CPU的架构不同.
架构 设备
armv6 iPhone, iPhone2, iPhone3G, 第一代、第二代 iPod Touch
armv7 iPhone3GS, iPhone4, iPhone4S,iPad, iPad2, iPad3(The New iPad), iPad mini, iPod Touch 3G, iPod Touch4
armv7s iPhone5, iPhone5C, iPad4(iPad with Retina Display)
arm64 iPhone5S 今后 iPhoneX , iPad Air, iPad mini2今后

三、探求iOS底层原理需求把握的汇编

iOS汇编言语有许多种。常见的有8086汇编、arm汇编、x86汇编等等。

1. 为什么要学习arm64汇编？

从上表中咱们可以得知,如今流行的真机设备(iPhone5s之后的设备)都在是arm64今后的架构,因而咱们当下只需求关注ARM64汇编即可

2.arm64汇编入门

想要学习arm64汇编，需求从以下三个方面入手，寄存器、汇编指令 和 仓库。

2.1寄存器

有16个常用寄存器，如下:

  • rax、rbx、rcx 、rdx、rsi、rdi、rbp、rsp
  • r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15

2.2 寄存器的详细用途

  • rax、rdx常作为函数回来值运用
  • rdi、rsi、rdx、rcx、r8、r9等寄存器常用于存放函数参数
  • rsp、rbp用于栈操作
  • rip作为指令指针
    • 存储着CPU下一条要执行的指令的地址
    • 一旦CPU读取一条指令，rip会主动指向下一条指令（存储下一条指令的地址）

2.3 寄存器的图

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

x86汇编(32bit) 32位年代，常用寄存器能存32位，也便是4个字节。
x64汇编(64bit) 64位年代，常用寄存器能存64位，也便是8个字节。

只要是r最初的都是64位寄存器，8字节。e最初的都是32位寄存器，4字节。

那么寄存器是怎么兼容的呢？
如下图，看第一行：
最外面是rax寄存器占用8字节(64位)，它会拿出自己最低4字节(32位)当作eax寄存器运用，eax也拿出自己最低2字节(16位)当作ax寄存器运用，ax寄存器又砍成两半，别离将高8位和低8位当作ah和al寄存器来运用(其实ah中的h是high的意思，al中的l是low的意思)。

总结：
r最初：64bit，8字节
e最初：32bit，4字节
ax、bx、cx等：16bit，2字节
ah、al、bh、bl等：8bit，1字节

3. ARM64的汇编指令

常见ARM汇编指令

1、移动指令：MOV，寄存器和寄存器之间传值

mov    x2, x16             ;把x16的值传递给寄存器x2

2、算术运算指令： 加（ADD）、减（SUB）

add x1, x2, x3             ;把x2+x3的值传递给寄存器x1
sub x1, x2, x3             ;把x2-x3的值传递给x1

3、逻辑运算指令：与（AND）、或（ORR）、异或（EOR）

and    x1，x1，#0xf           ;把x1中的值与0xf按位与后传递给x1
orr    x1，x1，#6               ;把x1中的值与6按位与后传递给x1
eor    x1，x1，#0xf           ;把x1中的值与0xf按位异或后传递给x1

4、桶形移位器操作指令：LSL、LSR、ASR、ROR

LSL：逻辑左移
LSR：逻辑右移
ASR：算术右移
ROR：循环右移

5、存/取数据指令：STR（寄存器加载到内存中）、取数据LDR （把内存中的数据传递给寄存器）

str x1, [sp, #0x4]                  ;把x1寄存器的数据传递给sp+0x4地址值指向的内存空间
ldr x1, [sp, #0x4]                  ;把sp+0x4地址值内的数据传递给寄存器x1

6、栈操作指令：STP（入栈）、LDP（出栈）

stp x0, x1,  [sp, #0x4] 
ldp x0, x1,  [sp, #0x4]

7、比较指令：CMP，CBZ，CBNZ，TBZ，TBNZ

cmp x0,x1                        ;把x0的内容和x1的内容进行比较，依据成果更新条件标志，并丢掉成果，相当于subs xzr x0, x1
cbz x0, LGetImpMiss1                    ;假如x0等于0就跳转到LGetImpMiss1，不影响条件标志
cbnz x0, LGetImpMiss1               ;假如x0不等于0就跳转到LGetImpMiss1，不影响条件标志
tbz x0, #20, LGetImpMiss1                 ;寄存器中指定位某个值是否为零，假如x0中的第20位（x0[20]）等于0就跳转到LGetImpMiss1，不影响条件标志
tbnz x0, #20, LGetImpMiss1                 ;寄存器中指定位比较，假如x0中的第20位（x0[20]）不等于0就跳转到LGetImpMiss1，不影响条件标志

8、跳转指令： B：无回来跳转，合作CMP运用 BL：带回来的跳转，会将回来地址存储到寄存器x30，阐明这是一个子程序调用

示例1：
b    LLookupExample          ;直接跳转到LLookupExample
示例2：合作cmp运用
cmp x0,#6                    
b.eq LReturnZeroExample     ;假如x0等于6,则跳转LReturnZeroExample
条件代码：
b.eq                ;等于
b.ne                ;不等于
b.le                 ;有符号的小于或等于
b.ge                ;有符号的大于或等于
b.lt                ;有符号小于
b.gt                ;有符号大于
示例3：
bl lookUpFindExample

9、子程序回来指令：RET（回来地址存储在x30）

LTestExample:
    mov x2, #0
    ret

10、寻址指令：ADRP（将PC相对地址形成4KB页面，即：取指定label的基地址，存储到指定寄存器中）

adrp    x1, __example_handle@PAGE       ;获取__example_handle所在页的基地址存储到x1寄存器中

11、无符号位域选取指令：UBFX（提取指定位）

ubfx    x11, x0, #60, #4            ;从源寄存器x0中提取4位，位置从60开始。即将x0中的60-63位复制到方针寄存器x11的最低有效位，并将该x11上的其他高位设置为零

四. LLDB指令

咱们在阅览汇编时，常常会用lldb指令在调试窗口 对寄存器 进行一些打印 或调试。因而咱们也需求去了解LLDB相关的常识: LLDB【命令结构、查询命令、断点设置、流程操控、模块查询、内存读写、chisel插件】

五. 内存地址的规则

咱们在阅览汇编的时分,常常会看到一些内存地址。经过长期阅览汇编,总结了内存地址的一些规则:

  • 内存地址格局为：0x4bdc(%rip)，一般是大局变量，大局区（数据段）
  • 内存地址格局为：-0x78(%rbp)，一般是局部变量，栈空间
  • 内存地址格局为：0x10(%rax)，一般是堆空间

六. 了解相关常识

编程言语的开展

机器言语

由0和1组成的机器指令.

  • 加：0100 0000
  • 减：0100 1000
  • 乘：1111 0111 1110 0000
  • 除：1111 0111 1111 0000

汇编言语(assembly language)

运用助记符替代机器言语 如:

  • 加：INC EAX 经过编译器 0100 0000
  • 减：DEC EAX 经过编译器 0100 1000
  • 乘：MUL EAX 经过编译器 1111 0111 1110 0000
  • 除：DIV EAX 经过编译器 1111 0111 1111 0000

高档言语（High-level programming language)

C\C++\Java\OC\Swift,愈加挨近人类的自然言语 比方C言语:

  • 加：A+B 经过编译器 0100 0000
  • 减：A-B 经过编译器 0100 1000
  • 乘：A*B 经过编译器 1111 0111 1110 0000
  • 除：A/B 经过编译器 1111 0111 1111 0000

咱们的代码在终端设备上是这样的进程:

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

  • 汇编言语与机器言语一一对应，每一条机器指令都有与之对应的汇编指令
  • 汇编言语可以经过编译得到机器言语，机器言语可以经过反汇编得到汇编言语
  • 高档言语可以经过编译得到汇编言语\机器言语，但汇编言语\机器言语简直不可能还原成高档言语

汇编言语的特点

  • 可以直接拜访、操控各种硬件设备，比方存储器、CPU等，能最大极限地发挥硬件的功用
  • 可以不受编译器的约束，对生成的二进制代码进行彻底的操控
  • 方针代码简略，占用内存少，执行速度快
  • 汇编指令是机器指令的助记符,同机器指令一一对应。每一种CPU都有自己的机器指令集\汇编指令集，所以汇编言语不具备可移植性
  • 常识点过多，开发者需求对CPU等硬件结构有所了解，不易于编写、调试、保护
  • 不区分大小写，比方mov和MOV是一样的

几个必要的常识

  • 要想学好汇编,首先需求了解CPU等硬件结构
  • APP/程序的执行进程

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  • 硬件相关最为重要是CPU/内存
  • 在汇编中,大部分指令都是和CPU与内存相关的

总线

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编
04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

  • 每一个CPU芯片都有许多管脚，这些管脚和总线相连，CPU经过总线跟外部器件进行交互

  • 总线：一根根导线的集合

  • 总线的分类

    • 地址总线
    • 数据总线
    • 操控总线

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

举个例子

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

  • 地址总线

    • 它的宽度决议了CPU的_寻址才能_
    • 8086的地址总线宽度是_20_，所以寻址才能是_1M_（ 2^20 ）

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  • 数据总线

    • 它的宽度决议了CPU的单次数据传送量，也便是数据_传送速度_
    • 8086的数据总线宽度是_16_，所以单次最大传递_2个字节_的数据

  • 操控总线

    • 它的宽度决议了CPU对其他器件的_操控才能_、能有多少种操控

内存

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

  • 内存地址空间的大小受CPU地址总线宽度的约束。8086的地址总线宽度为20，可以定位2^20个不同的内存单元（内存地址范围0x00000~0xFFFFF），所以8086的内存空间大小为1MB
  • 0x00000~0x9FFFF：主存储器。可读可写
  • 0xA0000~0xBFFFF：向显存中写入数据，这些数据会被显卡输出到显示器。可读可写
  • 0xC0000~0xFFFFF：存储各种硬件\体系信息。只读

进制

学习进制的妨碍

许多人学不好进制，原因是总以十进制为依托去考虑其他进制，需求运算的时分也总是先转化成十进制，这种学习办法是过错的. 咱们为什么一定要转化十进制呢？只是是因为咱们对十进制最了解，所以才转化. 每一种进制都是完美的,想学好进制首先要遗忘十进制，也要遗忘进制间的转化！

进制的定义

  • 八进制由8个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 逢八进一

  • 十进制由10个符号组成:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9逢十进一

  • N进制便是由N个符号组成:逢N进一

数据的宽度

数学上的数字，是没有大小约束的，可以无限的大。但在计算机中，由于受硬件的制约，数据都是有长度约束的（咱们称为数据宽度），超越最多宽度的数据会被丢掉。

#import <UIKit/UIKit.h>
#import "AppDelegate.h"
int test(){
    int cTemp = 0x1FFFFFFFF;
    return cTemp;
}
int main(int argc, char * argv[]) {
    printf("%x\n",test());
    @autoreleasepool {
        return UIApplicationMain(argc, argv, nil, NSStringFromClass([AppDelegate class]));
    }
}

计算机中常见的数据宽度

  • 位(Bit): 1个位便是1个二进制位.0或许1
  • 字节(Byte): 1个字节由8个Bit组成(8位).内存中的最小单元Byte.
  • 字(Word): 1个字由2个字节组成(16位),这2个字节别离称为高字节和低字节.
  • 双字(Doubleword): 1个双字由两个字组成(32位)

那么计算机存储数据它会分为有符号数和无符号数.那么关于这个看图就了解了!

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

无符号数,直接换算!
有符号数:
正数:  0    1    2    3    4    5    6    7 
负数:  F    E    D    B    C    A    9    8
      -1   -2   -3   -4   -5   -6   -7   -8

CPU&寄存器

内部部件之间由总线衔接

04-探究iOS底层原理|ARM64汇编

CPU除了有操控器、运算器还有寄存器。其间寄存器的作用便是进行数据的暂时存储。

CPU的运算速度是非常快的，为了功用CPU在内部拓荒一小块暂时存储区域，并在进行运算时先将数据从内存复制到这一小块暂时存储区域中，运算时就在这一小快暂时存储区域内进行。咱们称这一小块暂时存储区域为寄存器。

对于arm64系的CPU来说， 假如寄存器以x最初则标明的是一个64位的寄存器，假如以w最初则标明是一个32位的寄存器，在体系中没有提供16位和8位的寄存器供拜访和运用。其间32位的寄存器是64位寄存器的低32位部分并不是独立存在的。

  • 对程序员来说，CPU中最主要部件是寄存器，可以经过改变寄存器的内容来实现对CPU的操控
  • 不同的CPU，寄存器的个数、结构是不相同的

专题系列文章

1.前常识

  • 01-探求iOS底层原理|综述
  • 02-探求iOS底层原理|编译器LLVM项目【Clang、SwiftC、优化器、LLVM】
  • 03-探求iOS底层原理|LLDB
  • 04-探求iOS底层原理|ARM64汇编

2. 根据OC言语探求iOS底层原理

  • 05-探求iOS底层原理|OC的实质
  • 06-探求iOS底层原理|OC目标的实质
  • 07-探求iOS底层原理|几种OC目标【实例目标、类目标、元类】、目标的isa指针、superclass、目标的办法调用、Class的底层实质
  • 08-探求iOS底层原理|Category底层结构、App启动时Class与Category装载进程、load 和 initialize 执行、关联目标
  • 09-探求iOS底层原理|KVO
  • 10-探求iOS底层原理|KVC
  • 11-探求iOS底层原理|探求Block的实质|【Block的数据类型(实质)与内存布局、变量捕获、Block的品种、内存办理、Block的修饰符、循环引证】
  • 12-探求iOS底层原理|Runtime1【isa详解、class的结构、办法缓存cache_t】
  • 13-探求iOS底层原理|Runtime2【音讯处理(发送、转发)&&动态办法解析、super的实质】
  • 14-探求iOS底层原理|Runtime3【Runtime的相关使用】
  • 15-探求iOS底层原理|RunLoop【两种RunloopMode、RunLoopMode中的Source0、Source1、Timer、Observer】
  • 16-探求iOS底层原理|RunLoop的使用
  • 17-探求iOS底层原理|多线程技能的底层原理【GCD源码剖析1:主行列、串行行列&&并行行列、大局并发行列】
  • 18-探求iOS底层原理|多线程技能【GCD源码剖析1:dispatch_get_global_queue与dispatch_(a)sync、单例、线程死锁】
  • 19-探求iOS底层原理|多线程技能【GCD源码剖析2:栅栏函数dispatch_barrier_(a)sync、信号量dispatch_semaphore】
  • 20-探求iOS底层原理|多线程技能【GCD源码剖析3:线程调度组dispatch_group、事件源dispatch Source】
  • 21-探求iOS底层原理|多线程技能【线程锁：自旋锁、互斥锁、递归锁】
  • 22-探求iOS底层原理|多线程技能【原子锁atomic、gcd Timer、NSTimer、CADisplayLink】
  • 23-探求iOS底层原理|内存办理【Mach-O文件、Tagged Pointer、目标的内存办理、copy、引证计数、weak指针、autorelease

3. 根据Swift言语探求iOS底层原理

关于函数、枚举、可选项、结构体、类、闭包、特点、办法、swift多态原理、String、Array、Dictionary、引证计数、MetaData等Swift基本语法和相关的底层原理文章有如下几篇:

  • Swift5中心语法1-根底语法
  • Swift5中心语法2-面向目标语法1
  • Swift5中心语法2-面向目标语法2
  • Swift5常用中心语法3-其它常用语法
  • Swift5使用实践常用技能点

其它底层原理专题

1.底层原理相关专题

  • 01-计算机原理|计算机图形烘托原理这篇文章
  • 02-计算机原理|移动终端屏幕成像与卡顿

2.iOS相关专题

  • 01-iOS底层原理|iOS的各个烘托框架以及iOS图层烘托原理
  • 02-iOS底层原理|iOS动画烘托原理
  • 03-iOS底层原理|iOS OffScreen Rendering 离屏烘托原理
  • 04-iOS底层原理|因CPU、GPU资源消耗导致卡顿的原因和解决计划

3.webApp相关专题

  • 01-Web和类RN大前端的烘托原理

4.跨渠道开发计划相关专题

  • 01-Flutter页面烘托原理

5.阶段性总结:Native、WebApp、跨渠道开发三种计划功用比较

  • 01-Native、WebApp、跨渠道开发三种计划功用比较

6.Android、HarmonyOS页面烘托专题

  • 01-Android页面烘托原理
  • 02-HarmonyOS页面烘托原理 (待输出)

7.小程序页面烘托专题

  • 01-小程序框架烘托原理