簡單分析Swift語言的一些基本特征

Swift是蘋果公司最新推出的編程語言，據很多人說，是用來”代替“Objective-C。但是沒有確切的證據。我花了一些時間對Swift二進制和運行環境實施逆向工程技術，然后我對Swift有些少許的發現。目前為止，結論就是：Swift是沒有消息機制的Objective-C。

對象

信不信由你，Swift中的對象就是Objective-C的對象。在Mach-O二進制文件中，__objc_classlist包含每個二進制文件中類的數據。其結構如下所示：

復制代碼代碼如下:

		
		struct objc_class {
		    uint64_t isa;
		    uint64_t superclass;
		    uint64_t cache;
		    uint64_t vtable;
		    uint64_t data;
		};

（注：所有結構都來自64位版本）

注意data記錄，它指向了類中的一個列出方法、實例變量和協議等內容的結構體。通常，data是8個字節對齊的，但是對于Swift類，data的最后一位僅為1個字節。

類

Swift類的真正結構是有一點奇怪的。Swift類沒有Objective-C方法。我們將在以后實現它。Swift類的變量存儲為實例變量。Swift的getter和setter方法真正修改的是實例變量的值。奇怪的是swift類的實例變量沒有類型編碼。通常應該指向類型編碼的指針為NULL。這大概是由于事實上Objective-C運行時是不支持處理Swift變量本身。

繼承

Swift的繼承是你所期待的。在Swift中，Square是shape的子類也是Objective-C類Shape的子類。然而，在Swift類中沒有超類？

例如

復制代碼代碼如下:

class Shape { }

在這個例子中，Shape類是SwiftObject的子類。SwiftObject是一個根Objective-C類，類似于NSObject。它沒有超類，意味著isa指向自身。它的目的是使用Swift運行時方法比如allocation和deallocation代替標準的Objective-C運行時方法。例如，(void)retain不會調用objc_retain，但是它會調用swift_retain。

類方法

就像我之前提到的，Swift對象的類沒有方法，以此代替的是類似C++的函數，名稱改編和所有東西。這可能是為什么Swift聲稱比Objective-C更快的原因。不再需要為 objc_msgSend 尋找和調用方法實現。

在Objective-C里面，方法像這樣實現：

復制代碼代碼如下:

type method(id self, SEL _cmd, id arg1, id arg2, ...)

Swift 方法非常類似，但是輕微使用了不同的參數排布， self 作為最后一個參數傳遞，并且沒有選擇器。

復制代碼代碼如下:

type method(id arg1, id arg2, ..., id self)

虛表

類似C++一樣，Swift類也具有一個虛表，用于列出類中的方法。它直接被放置在二進制文件中的類數據之后，并且看起來是這樣的：

復制代碼代碼如下:

		
		struct swift_vtable_header {
		    uint32_t vtable_size;
		    uint32_t unknown_000;
		    uint32_t unknown_001;
		    uint32_t unknown_002;
		    void* nominalTypeDescriptor;
		    // vtable pointers
		}

據我所知，Swift類中的虛表僅在編譯期間可見時被使用。否則，它將看起來就是一堆亂糟糟的符號。

命名重整

Swift保持函數的元數據在各自的符號，這就叫做命名重整。元數據寶庫奧函數的名稱（顯而易見的），屬性，模塊名稱，參數類型，返回值類型，還有更多的數據，例如這個例子

復制代碼代碼如下:

		
		class Shape{
		    func numberOfSides() -> Int {
		        return 5
		    }
		}

simpleDescription方法的重整命名是：

_TFC9swifttest5Shape17simpleDescriptionfS0_FT_Si。下面是詳細說明：

_T - 所有Swift符號的前綴，每一個符號都是從_T開始。

F - 函數

C - 類的函數（方法）

9swifttest - 帶有長度前綴的模塊名

5Shape - 函數所屬的類，帶有長度前綴

17simpleDescription - 函數名

f - 函數屬性。在這個例子中它是f，這是一個普通函數。

S0_FT- 我不是特別確定這是什么意思，但是它是參數和返回類型開始的標記

‘_' - 這個下劃線分割了參數和返回值的類型。因為函數沒有帶參數，它直接跟在了S0_FT的后面

S - 返回值的開始。'S'代表Swift；返回類型是Swift的內建類型，下一個字符決定了類型

i - 這是Swift的內建類型。一個小寫的"I"代表了Int.

函數屬性

字符類型

f 普通函數

s setter

g getter

d 析構函數

D 釋放器

c 構造函數

C 分配器

Swift內部函數

字符類型

a 數組

b 布爾型

c 字符常量

d 雙精度浮點數

f 單精度浮點型

i 整型

u UInt類型

Q 隱式可選

S 字符串型

除了函數之外，還有很多命名轉換機制，此處我僅給出一個簡短的概述。

掛鉤函數

受夠了語義這部分，讓我們接觸點有趣的東西！比方說我們有一個像這樣的類：

復制代碼代碼如下:

		
		class Shape {
		    var numberOfSides: Int;
		 
		    init(){
		        numberOfSides = 5;
		    }
		}

比如我們想將numberOfSides的值改為4，很多種方法可以做到。我們可以使用MobileSubstrate掛到getter方法中，然后更改返回值，就像這樣：

復制代碼代碼如下:

		
		int (*numberOfSides)(id self);
		 
		MSHook(int, numberOfSides, id self){
		    return 4;
		}
		 
		%ctor{
		    numberOfSides = (int (*)(id self)) dlsym(RTLD_DEFAULT, "_TFC9swifttest5Shapeg13numberOfSidesSi");
		    MSHookFunction(numberOfSides, MSHake(numberOfSides));
		}

如果我們創建了一個形狀的實例，并且打印出numberOfSides的值，我們得到了4！看起來不錯，對不？現在，我知道你可能在想，難道我們不應該是返回一個對象而非常量4嗎？

好吧，在Swift里，許多內建類型是書面量來的。一個Int型，舉個例子，和C語言里面的int型一樣（盡管它可以是一個長整形——不要讓我碰到這種情況）。一個小小的提示，String 類型有點古老，這是一個低位優先的UTF-16字符串，所以沒有C的字面量能用。

讓我們來做同樣的事情，但這一次，我們不是在獲取器上，而是在獲取器上設鉤。

復制代碼代碼如下:

		
		void (*setNumberOfSides)(int newNumber, id self);
		 
		MSHook(void, setNumberOfSides, int newNumber, id self){
		    _setNumberOfSides(4, self);
		}
		 
		%ctor {
		    setNumberOfSides = (void (*)(int newNumber, id self)) dlsym(RTLD_DEFAULT, "_TFC9swifttest5Shapes13numberOfSidesSi");
		    MSHookFunction(setNumberOfSides, MSHake(setNumberOfSides));
		}

再嘗試一下，然后。。。。。。還是5。怎么回事，你問？好吧，在Swift里某些地方，函數是內聯化的。類構造器就是其中一個的地方。它直接設置numberOfSides 為ivar，設置器將僅在數值再次被頂層代碼設置的時候被調用。在那被調用，你知道么，我們得到了4。

最終，讓我們通過直接設置實例變量的值來修改numberOfSides。

復制代碼代碼如下:

		
		void (*setNumberOfSides)(int newNumber, id self);
		 
		MSHook(void, setNumberOfSides, int newNumber, id self){
		    MSHookIvar<int>(self, "numberOfSides") = 4;
		}
		 
		%ctor {
		    setNumberOfSides = (void (*)(int newNumber, id self)) dlsym(RTLD_DEFAULT, "_TFC9swifttest5Shapes13numberOfSidesSi");
		    MSHookFunction(setNumberOfSides, MSHake(setNumberOfSides));
		}

這個函數是可以實現功能的，雖然不建議這樣做，但是確實有效果。

這是目前我所要寫的內容。當然，還有很多其他的內容我正在看，包括witness表，由于我了解不多，所以這里我也沒辦法寫出總結。很多內容在這篇文章里有變更，他們僅是我目前對運行和查看用Swift語言編譯的二進制文件逆向工程操作所得到的東西。

我所發現的東西應該是非常不錯的，這意味著MobileSubstrate不會隨著Objective-C一同消亡，并且，微調仍然可以進行！我很想知道將來在越獄場景下的應用商店中將會是怎樣一番情景……難道logo可以更新用來自動銷毀命名？甚至是處理常見的 Swift 類型的庫……

如果你發現更多的關于Swift如何工作的東西，不要猶豫，請讓我知道！