简单分析Swift语言的一些基本特征

Swift是苹果公司最新推出的编程语言，据很多人说，是用来”代替“Objective-C。但是没有确切的证据。我花了一些时间对Swift二进制和运行环境实施逆向工程技术，然后我对Swift有些少许的发现。目前为止，结论就是：Swift是没有消息机制的Objective-C。

对象

信不信由你，Swift中的对象就是Objective-C的对象。在Mach-O二进制文件中，__objc_classlist包含每个二进制文件中类的数据。其结构如下所示：
 

代码如下:

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

（注：所有结构都来自64位版本）

注意data记录，它指向了类中的一个列出方法、实例变量和协议等内容的结构体。通常，data是8个字节对齐的，但是对于Swift类，data的最后一位仅为1个字节。

类

Swift类的真正结构是有一点奇怪的。Swift类没有Objective-C方法。我们将在以后实现它。Swift类的变量存储为实例变量。Swift的getter和setter方法真正修改的是实例变量的值。奇怪的是swift类的实例变量没有类型编码。通常应该指向类型编码的指针为NULL。这大概是由于事实上Objective-C运行时是不支持处理Swift变量本身。

继承

Swift的继承是你所期待的。在Swift中，Square是shape的子类也是Objective-C类Shape的子类。然而，在Swift类中没有超类？

例如

代码如下:

class Shape { }

在这个例子中，Shape类是SwiftObject的子类。SwiftObject是一个根Objective-C类，类似于NSObject。它没有超类，意味着isa指向自身。它的目的是使用Swift运行时方法比如allocation和deallocation代替标准的Objective-C运行时方法。例如，(void)retain不会调用objc_retain，但是它会调用swift_retain。

类方法

就像我之前提到的，Swift对象的类没有方法，以此代替的是类似C++的函数，名称改编和所有东西。这可能是为什么Swift声称比Objective-C更快的原因。不再需要为 objc_msgSend  寻找和调用方法实现。

在Objective-C里面，方法像这样实现：

代码如下:

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

Swift 方法非常类似，但是轻微使用了不同的参数排布， self 作为最后一个参数传递，并且没有选择器。

代码如下:

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

虚表

类似C++一样，Swift类也具有一个虚表，用于列出类中的方法。它直接被放置在二进制文件中的类数据之后，并且看起来是这样的：
 

代码如下:

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

据我所知，Swift类中的虚表仅在编译期间可见时被使用。否则，它将看起来就是一堆乱糟糟的符号。

命名重整

Swift保持函数的元数据在各自的符号，这就叫做命名重整。元数据宝库奥函数的名称（显而易见的），属性，模块名称，参数类型，返回值类型，还有更多的数据，例如这个例子
 

代码如下:

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

simpleDescription方法的重整命名是：

_TFC9swifttest5Shape17simpleDescriptionfS0_FT_Si。下面是详细说明：

_T - 所有Swift符号的前缀，每一个符号都是从_T开始。

F - 函数

C - 类的函数（方法）

9swifttest - 带有长度前缀的模块名

5Shape - 函数所属的类，带有长度前缀

17simpleDescription - 函数名

f - 函数属性。 在这个例子中它是f，这是一个普通函数。

S0_FT- 我不是特别确定这是什么意思，但是它是参数和返回类型开始的标记

‘_' - 这个下划线分割了参数和返回值的类型。因为函数没有带参数，它直接跟在了S0_FT的后面

S - 返回值的开始。'S'代表Swift；返回类型是Swift的内建类型，下一个字符决定了类型

i - 这是Swift的内建类型。一个小写的"I"代表了Int.

函数属性

字符类型

f        普通函数

s        setter

g        getter

d        析构函数

D        释放器

c        构造函数

C        分配器

Swift内部函数

字符类型

a        数组

b        布尔型

c        字符常量

d        双精度浮点数

f        单精度浮点型

i        整型

u        UInt类型

Q        隐式可选

S        字符串型

除了函数之外，还有很多命名转换机制，此处我仅给出一个简短的概述。

挂钩函数

受够了语义这部分，让我们接触点有趣的东西！比方说我们有一个像这样的类：
 

代码如下:

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

比如我们想将numberOfSides的值改为4，很多种方法可以做到。我们可以使用MobileSubstrate挂到getter方法中，然后更改返回值，就像这样：

代码如下:

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

如果我们创建了一个形状的实例，并且打印出numberOfSides的值，我们得到了4！看起来不错，对不？现在，我知道你可能在想，难道我们不应该是返回一个对象而非常量4吗？

好吧，在Swift里，许多内建类型是书面量来的。一个Int型， 举个例子，和C语言里面的int型一样（尽管它可以是一个长整形——不要让我碰到这种情况）。一个小小的提示，String 类型有点古老，这是一个低位优先的UTF-16字符串，所以没有C的字面量能用。

让我们来做同样的事情，但这一次，我们不是在获取器上，而是在获取器上设钩。

代码如下:

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));
}

再尝试一下，然后。。。。。。还是5。怎么回事，你问？好吧，在Swift里某些地方，函数是内联化的。类构造器就是其中一个的地方。它直接设置numberOfSides 为ivar， 设置器将仅在数值再次被顶层代码设置的时候被调用。在那被调用，你知道么，我们得到了4。

最终，让我们通过直接设置实例变量的值来修改numberOfSides。

代码如下:

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));
}

这个函数是可以实现功能的，虽然不建议这样做，但是确实有效果。

这是目前我所要写的内容。当然，还有很多其他的内容我正在看，包括witness表，由于我了解不多，所以这里我也没办法写出总结。很多内容在这篇文章里有变更，他们仅是我目前对运行和查看用Swift语言编译的二进制文件逆向工程操作所得到的东西。

我所发现的东西应该是非常不错的，这意味着MobileSubstrate不会随着Objective-C一同消亡，并且，微调仍然可以进行！我很想知道将来在越狱场景下的应用商店中将会是怎样一番情景……难道logo可以更新用来自动销毁命名？甚至是处理常见的 Swift 类型的库……

如果你发现更多的关于Swift如何工作的东西，不要犹豫，请让我知道！