ApkTool项目解析resources.arsc详解

前言

上回说道ApkTool项目的概览,关于ApkTool如何编译,如何运行,还有各个参数的介绍。
今天想主要说明一下关于ApkTool如何分析resources.arsc文件的,以及resources.arsc文件的格式

总体流程

我们首先执行命令apktool d xxx.apk,然后看输出如下

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I: Using Apktool 2.3.1 on douyin.apk
I: Loading resource table...
I: Decoding AndroidManifest.xml with resources...
I: Loading resource table from file: C:\Users\hch\AppData\Local\apktool\framework\1.apk
I: Regular manifest package...
I: Decoding file-resources...
I: Decoding values */* XMLs...
I: Baksmaling classes.dex...
I: Baksmaling classes2.dex...
I: Baksmaling classes3.dex...
I: Copying assets and libs...
I: Copying unknown files...
I: Copying original files...

其实这个时候apktool总体做了如下几个步骤

  • 加载resource table
  • 解码AndroidManifest.xml
  • 解码一些资源文件
  • 解码dex文件
  • copy剩余文件

今天想和大家讨论的只有第一步,关于ApkTool是如何解析resources.arsc的。

如何初始ApkDecoder的成员变量mResTable的,剩下的我们会下次继续探讨。

ps:想看大概结果的,直接跳到最后看图。

resources.arsc的格式

resources.arsc是一个二进制文件,想要解析他就必须先弄懂这个文件格式到底是什么样子的。
先上一张来源于网络的图片。(图片来源与网络,侵,删)

其实整体的就是这个意思了,首先全部的话就是一个resource table,然后依次读取String Pool,Package Header等。

这些格式,具体的都在Android源码里面,具体的文件是ResourceTypes.h,
比如:

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struct ResChunk_header
{
uint16_t type;
uint16_t headerSize;
uint32_t size;
};
enum {
RES_NULL_TYPE = 0x0000,
RES_STRING_POOL_TYPE = 0x0001,
RES_TABLE_TYPE = 0x0002,
RES_XML_TYPE = 0x0003,
// Chunk types in RES_XML_TYPE
RES_XML_FIRST_CHUNK_TYPE = 0x0100,
RES_XML_START_NAMESPACE_TYPE= 0x0100,
RES_XML_END_NAMESPACE_TYPE = 0x0101,
RES_XML_START_ELEMENT_TYPE = 0x0102,
RES_XML_END_ELEMENT_TYPE = 0x0103,
RES_XML_CDATA_TYPE = 0x0104,
RES_XML_LAST_CHUNK_TYPE = 0x017f,
// This contains a uint32_t array mapping strings in the string
// pool back to resource identifiers. It is optional.
RES_XML_RESOURCE_MAP_TYPE = 0x0180,
// Chunk types in RES_TABLE_TYPE
RES_TABLE_PACKAGE_TYPE = 0x0200,
RES_TABLE_TYPE_TYPE = 0x0201,
RES_TABLE_TYPE_SPEC_TYPE = 0x0202
};
struct ResStringPool_header
{
struct ResChunk_header header;
uint32_t stringCount;
uint32_t styleCount;
enum {
SORTED_FLAG = 1<<0,
UTF8_FLAG = 1<<8
};
uint32_t flags;
uint32_t stringsStart;
uint32_t stylesStart;
};

因为篇幅原因,所以把注释部分删除掉了,具体的大家可以查阅源码,也有一个不错的源码阅读网站分享给大家,想看的话可以不用下载啦,直接在线看就好了。

源码网站地址,

解析流程

我们首先看Main.java

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public static void main(String[] args) throws IOException, InterruptedException, BrutException {
//......略......
boolean cmdFound = false;
for (String opt : commandLine.getArgs()) {
if (opt.equalsIgnoreCase("d") || opt.equalsIgnoreCase("decode")) {
//主要是这里,执行了cmdDecode方法来解码
cmdDecode(commandLine);
cmdFound = true;
} else if (opt.equalsIgnoreCase("b") || opt.equalsIgnoreCase("build")) {
cmdBuild(commandLine);
cmdFound = true;
} else if (opt.equalsIgnoreCase("if") || opt.equalsIgnoreCase("install-framework")) {
cmdInstallFramework(commandLine);
cmdFound = true;
} else if (opt.equalsIgnoreCase("empty-framework-dir")) {
cmdEmptyFrameworkDirectory(commandLine);
cmdFound = true;
} else if (opt.equalsIgnoreCase("publicize-resources")) {
cmdPublicizeResources(commandLine);
cmdFound = true;
}
}
//......略......
}

主要是调用了cmdDecode方法来解码,我们跟进去看看

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private static void cmdDecode(CommandLine cli) throws AndrolibException {
//先new了一个APkDecoder类,主要是利用这个类进行解码
ApkDecoder decoder = new ApkDecoder();
int paraCount = cli.getArgList().size();
String apkName = cli.getArgList().get(paraCount - 1);
File outDir;
//这里主要是根据我们设置的一些参数,然后来对应的设置decoder类的成员变量,、
//最主要的主要是设置好输出目录,一些模式,以及版本等
if(//......略......) {
//......略......
} else {
// make out folder manually using name of apk
String outName = apkName;
outName = outName.endsWith(".apk") ? outName.substring(0,
outName.length() - 4).trim() : outName + ".out";
//设置输出目录
outName = new File(outName).getName();
outDir = new File(outName);
decoder.setOutDir(outDir);
}
//......略......
decoder.setApkFile(new File(apkName));
try {
//开始解码
decoder.decode();
} catch (OutDirExistsException ex) {
//......略......
} finally {
//......略......
}
}

我们跟进decoder.decode()方法来看看

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public void decode() throws AndrolibException, IOException, DirectoryException {
try {
//获取输出目录
File outDir = getOutDir();
//这里其实是和我们输入的一个keep-broken-res参数有关
AndrolibResources.sKeepBroken = mKeepBrokenResources;
//判断是否需要覆盖
if (!mForceDelete && outDir.exists()) {
throw new OutDirExistsException();
}
//判断apk文件是否合法
if (!mApkFile.isFile() || !mApkFile.canRead()) {
throw new InFileNotFoundException();
}
//清理干净需要输出的目录,准备写入
try {
OS.rmdir(outDir);
} catch (BrutException ex) {
throw new AndrolibException(ex);
}
outDir.mkdirs();
//打印log信息,这个时候就对应我们执行apktool d xxx.apk时候的第一句了
LOGGER.info("Using Apktool " + Androlib.getVersion() + " on " + mApkFile.getName());
//判断apk内是否有resources.arsc文件,
if (hasResources()) {
//判断解码Resources
switch (mDecodeResources) {
case DECODE_RESOURCES_NONE:
mAndrolib.decodeResourcesRaw(mApkFile, outDir);
if (mForceDecodeManifest == FORCE_DECODE_MANIFEST_FULL) {
setTargetSdkVersion();
setAnalysisMode(mAnalysisMode, true);
// done after raw decoding of resources because copyToDir overwrites dest files
if (hasManifest()) {
mAndrolib.decodeManifestWithResources(mApkFile, outDir, getResTable());
}
}
break;
case DECODE_RESOURCES_FULL:
setTargetSdkVersion();
setAnalysisMode(mAnalysisMode, true);
if (hasManifest()) {
mAndrolib.decodeManifestWithResources(mApkFile, outDir, getResTable());
}
mAndrolib.decodeResourcesFull(mApkFile, outDir, getResTable());
break;
}
} else {
// if there's no resources.arsc, decode the manifest without looking
// up attribute references
if (hasManifest()) {
if (mDecodeResources == DECODE_RESOURCES_FULL
|| mForceDecodeManifest == FORCE_DECODE_MANIFEST_FULL) {
mAndrolib.decodeManifestFull(mApkFile, outDir, getResTable());
}
else {
mAndrolib.decodeManifestRaw(mApkFile, outDir);
}
}
}
//......略......
}

一般来说的话,我们会执行到DECODE_RESOURCES_FULL分支里面的,这里面的第一步是setTargetSdkVersion。

我们主要再看看setTargetSdkVersion方法的内部实现

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public void setTargetSdkVersion() throws AndrolibException, IOException {
if (mResTable == null) {
mResTable = mAndrolib.getResTable(mApkFile);
}
Map<String, String> sdkInfo = mResTable.getSdkInfo();
if (sdkInfo.get("targetSdkVersion") != null) {
mApi = Integer.parseInt(sdkInfo.get("targetSdkVersion"));
}
}

其实ApkDecoder内部是维护了一个mResTable的,我们的任何的信息都是根据mResTable来取的,那可能会问了,那ApkDecoder内部的ResTable到底是个什么东西呢,其实他就是我们上面的部分说的那张经典的图。

当ApkDecoder发现mResTable变量是空的的时候,会对此进行初始化,接下来我们就主要看看Androlib的getResTable方法,这个方法就是主要从apkFile里面读出mResTable,分析他的格式,

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//Androidlib.java文件内容
public ResTable getResTable(ExtFile apkFile)
throws AndrolibException {
return mAndRes.getResTable(apkFile, true);
}
//AndrolibResources.java的getResTable方法
public ResTable getResTable(ExtFile apkFile, boolean loadMainPkg)
throws AndrolibException {
ResTable resTable = new ResTable(this);
if (loadMainPkg) {
loadMainPkg(resTable, apkFile);
}
return resTable;
}

上面的代码掉有了mAndRes的getResTable方法,然后内部再调用loadMainPkg方法,我们继续跟进内部实现

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public ResPackage loadMainPkg(ResTable resTable, ExtFile apkFile)
throws AndrolibException {
//打印log信息,这个时候就对应到了我们上面说的第二句了
LOGGER.info("Loading resource table...");
ResPackage[] pkgs = getResPackagesFromApk(apkFile, resTable, sKeepBroken);
ResPackage pkg = null;
switch (pkgs.length) {
case 1:
pkg = pkgs[0];
break;
case 2:
if (pkgs[0].getName().equals("android")) {
LOGGER.warning("Skipping \"android\" package group");
pkg = pkgs[1];
break;
} else if (pkgs[0].getName().equals("com.htc")) {
LOGGER.warning("Skipping \"htc\" package group");
pkg = pkgs[1];
break;
}
default:
pkg = selectPkgWithMostResSpecs(pkgs);
break;
}
if (pkg == null) {
throw new AndrolibException("arsc files with zero packages or no arsc file found.");
}
resTable.addPackage(pkg, true);
return pkg;
}

这个时候首先是执行getResPackagesFromApk方法,获取ResPackage信息,

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private ResPackage[] getResPackagesFromApk(ExtFile apkFile,ResTable resTable, boolean keepBroken)
throws AndrolibException {
try {
Directory dir = apkFile.getDirectory();
BufferedInputStream bfi = new BufferedInputStream(dir.getFileInput("resources.arsc"));
try {
//主要是这个方法来对resources.arsc文件进行解析
return ARSCDecoder.decode(bfi, false, keepBroken, resTable).getPackages();
} finally {
try {
bfi.close();
} catch (IOException ignored) {}
}
} catch (DirectoryException ex) {
throw new AndrolibException("Could not load resources.arsc from file: " + apkFile, ex);
}
}

我们跟进ARSCDecoder的decode方法

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public static ARSCData decode(InputStream arscStream, boolean findFlagsOffsets, boolean keepBroken,
ResTable resTable)
throws AndrolibException {
try {
//首先根据输入流,resTable等参数new一个ARSCDecoder
ARSCDecoder decoder = new ARSCDecoder(arscStream, resTable, findFlagsOffsets, keepBroken);
//
ResPackage[] pkgs = decoder.readTableHeader();
return new ARSCData(pkgs, decoder.mFlagsOffsets == null
? null
: decoder.mFlagsOffsets.toArray(new FlagsOffset[0]), resTable);
} catch (IOException ex) {
throw new AndrolibException("Could not decode arsc file", ex);
}
}

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private ResPackage[] readTableHeader() throws IOException, AndrolibException {
nextChunkCheckType(Header.TYPE_TABLE);
int packageCount = mIn.readInt();
mTableStrings = StringBlock.read(mIn);
ResPackage[] packages = new ResPackage[packageCount];
nextChunk();
for (int i = 0; i < packageCount; i++) {
mTypeIdOffset = 0;
packages[i] = readTablePackage();
}
return packages;
}

那么这里的时候,关键的点总算来了,首先是读取了ChunkCheckType,Header.TYPE_TABLE的值是0x0002, 这里的type正好对应上了我们在ResourceTypes.h里面对应的RES_TABLE_TYPE = 0x0002,其实就是图中最外层的那个ResourceTable

我们跟进nextChunkCheckType方法,

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//ARSCDecoder类内
private void nextChunkCheckType(int expectedType) throws IOException, AndrolibException {
nextChunk();
//这时候这里的参数expectedType的值是2,也就是RES_TABLE_TYPE的,
checkChunkType(expectedType);
}
//ARSCDecoder类内
private Header nextChunk() throws IOException {
return mHeader = Header.read(mIn, mCountIn);
}
//Header类内
public static Header read(ExtDataInput in, CountingInputStream countIn) throws IOException {
short type;
int start = countIn.getCount();
try {
//首先读出type,
type = in.readShort();
} catch (EOFException ex) {
return new Header(TYPE_NONE, 0, 0, countIn.getCount());
}
//这里分别解释下4个参数,
//第一个参数type 对应的类型 2个字节
//第二个参数 头大小 2个字节
//第三个参数 文件大小 4个字节
//第四个参数 暂时我们start位置为0
//然后返回new出来的Header
return new Header(type, in.readShort(), in.readInt(), start);
}
private void checkChunkType(int expectedType) throws AndrolibException {
//这里主要校验的就是我们刚刚header的type和我们传入的是否相同,不同就抛异常了
if (mHeader.type != expectedType) {
throw new AndrolibException(String.format("Invalid chunk type: expected=0x%08x, got=0x%08x",
expectedType, mHeader.type));
}
}

读取一个Chunk,如上方所示调用关系,关键的地方已经加上了注释。

nextChunkCheckType(Header.TYPE_TABLE)主要是读取了下面红圈的部分。

我们继续分析readTableHeader方法。

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private ResPackage[] readTableHeader() throws IOException, AndrolibException {
//主要是读取红圈部分的值
nextChunkCheckType(Header.TYPE_TABLE);
//读取上图红圈后面的packageCount变量,4字节
int packageCount = mIn.readInt();
//接下来就是主要分析这里了,读取Global String Pool
mTableStrings = StringBlock.read(mIn);
ResPackage[] packages = new ResPackage[packageCount];
nextChunk();
for (int i = 0; i < packageCount; i++) {
mTypeIdOffset = 0;
packages[i] = readTablePackage();
}
return packages;
}

接下来主要分析StringBlock的read方法

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public static StringBlock read(ExtDataInput reader) throws IOException {
//这里主要是跳过了RES_STRING_POOL_TYPE,和头大小两个,并且还校验了一下,
//校验的方法就是和CHUNK_STRINGPOOL_TYPE比对一下,CHUNK_STRINGPOOL_TYPE的值是0x001C0001
//这是因为RES_STRING_POOL_TYPE的值是0x0001,头大小是0x001C,所以这个CHUNK_STRINGPOOL_TYPE就是0x001C0001了
reader.skipCheckInt(CHUNK_STRINGPOOL_TYPE);
//读取块大小,Global String Pool内
int chunkSize = reader.readInt();
// ResStringPool_header
//字符串数
int stringCount = reader.readInt();
//style数
int styleCount = reader.readInt();
//flags标记,1是SORTED_FLAG,256是UTF8_FLAG
int flags = reader.readInt();
//字符串起始位置
int stringsOffset = reader.readInt();
//style起始位置
int stylesOffset = reader.readInt();
//new一个StringBlock
StringBlock block = new StringBlock();
//根据读取出的flags信息,来设置block
block.m_isUTF8 = (flags & UTF8_FLAG) != 0;
//初始化block变量
block.m_stringOffsets = reader.readIntArray(stringCount);
block.m_stringOwns = new int[stringCount];
Arrays.fill(block.m_stringOwns, -1);
//初始化block内部style
if (styleCount != 0) {
block.m_styleOffsets = reader.readIntArray(styleCount);
}
int size = ((stylesOffset == 0) ? chunkSize : stylesOffset) - stringsOffset;
block.m_strings = new byte[size];
reader.readFully(block.m_strings);
if (stylesOffset != 0) {
size = (chunkSize - stylesOffset);
block.m_styles = reader.readIntArray(size / 4);
// read remaining bytes
int remaining = size % 4;
if (remaining >= 1) {
while (remaining-- > 0) {
reader.readByte();
}
}
}
//返回最终的结果
return block;
}

reader.skipCheckInt(CHUNK_STRINGPOOL_TYPE)跳过的部分如下:

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private ResPackage[] readTableHeader() throws IOException, AndrolibException {
//主要是读取红圈部分的值
nextChunkCheckType(Header.TYPE_TABLE);
//读取上图红圈后面的packageCount变量,4字节
int packageCount = mIn.readInt();
//接下来就是主要分析这里了,读取Global String Pool
mTableStrings = StringBlock.read(mIn);
//此时此刻执行到了这里,要开始分析ResPackage了
ResPackage[] packages = new ResPackage[packageCount];
nextChunk();
for (int i = 0; i < packageCount; i++) {
mTypeIdOffset = 0;
//使用readTablePackage方法来分析
packages[i] = readTablePackage();
}
return packages;
}

重复性任务

emmmmm。。。。
博主分析到了这里,如果你能读到这里我自己也感受到很高兴啊,希望能给你带来了帮助。其实后序的分析readTablePackage方法和之前的一样啦,博主详细如果你读懂了前面的分析,那么这个肯定也不在话下

所以呢,我就不一一的带大家理解,主要的还是看懂那张图,然后看懂ApkTool是如何来分析就可以啦。

这样做的好处就是,如果有apk在这个resource.arsc文件内做文章,我们可以debug反查,看看到底是怎么回事,可以有一些自己对付的思路。

readTablePackage之后

读取完了之后,程序就会一步一步的返回回去,这个时候我们的mResTable变量就初始化好了,就可以继续进行setTargetSdkVersion方法的执行了,

我们这篇博客主要就是进行ApkDeocder成员变量mResTable的初始化分析,
我画了个图,希望能帮助大家虑说清楚上面的一系列调用

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participant Main
participant ApkDecoder
participant Androidlib
participant AndrolibResources
participant ARSCDecoder
Main->Main: cmdDecode
Main->ApkDecoder: decode
ApkDecoder->ApkDecoder: setTargetSdkVersion
ApkDecoder->Androidlib: getResTable
Androidlib->AndrolibResources: getResTable
AndrolibResources->AndrolibResources:loadMainPkg
AndrolibResources->AndrolibResources:getResPackagesFromApk
AndrolibResources->ARSCDecoder: decode
ARSCDecoder->ARSCDecoder: readTableHeader
ARSCDecoder->ARSCDecoder: nextChunkCheckType
ARSCDecoder->ARSCDecoder: nextChunk
ARSCDecoder->ARSCDecoder: readTablePackage
ARSCDecoder-->AndrolibResources:
AndrolibResources-->Androidlib:
Androidlib-->ApkDecoder:
ApkDecoder-->Main:

防止在某些平台上,不支持Markdown的UML图,下面特意放一张图片

写在最后

分析源码并不难,希望大家都能耐下心来一点一点看,一点一点调试分析。
文章一层一层的调用很深,所以可能会给读者困惑,有困惑的,可以联系我,我也喜欢和读者一起探讨啦,有写的不对的地方多多指教。

正因为调用比较深,所以最后画出了UML图,希望能让大家看得更简单明了

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