iOS编译过程的原理和应用

原文链接http://blog.csdn.net/Hello_Hwc/article/details/53557308

科普文，转载备用

前言

一般可以将编程语言分为两种，编译语言和直译式语言。

像C++,Objective C都是编译语言。编译语言在执行的时候，必须先通过编译器生成机器码，机器码可以直接在CPU上执行，所以执行效率较高。

像javaScript,Python都是直译式语言。直译式语言不需要经过编译的过程，而是在执行的时候通过一个中间的解释器将代码解释为CPU可以执行的代码。所以，较编译语言来说，直译式语言效率低一些，但是编写的更灵活，也就是为啥JS大法好。

iOS开发目前的常用语言是：Objective和Swift。二者都是编译语言，换句话说都是需要编译才能执行的。二者的编译都是依赖于Clang + LLVM. 篇幅限制，本文只关注Objective C，因为原理上大同小异。

可能会有同学想问，我不懂编译的过程，写代码也没问题啊？这点我是不否定的。但是，充分理解了编译的过程，会对你的开发大有帮助。本文的最后，会以以下几个例子，来讲解如何合理利用XCode和编译

对于不想看我啰里八嗦讲一大堆原理的同学，可以直接跳到本文的最后一个章节。

iOS编译

不管是OC还是Swift，都是采用Clang作为编译器前端，LLVM(Low level vritual machine)作为编译器后端。所以简单的编译过程如图

编译器前端

编译器前端的任务是进行：语法分析，语义分析，生成中间代码(intermediate rePResentation )。在这个过程中，会进行类型检查，如果发现错误或者警告会标注出来在哪一行。

编译器后端

编译器后端会进行机器无关的代码优化，生成机器语言，并且进行机器相关的代码优化。iOS的编译过程，后端的处理如下

执行一次XCode build的流程

当你在XCode中，选择build的时候（快捷键command+B），会执行如下过程

通过这个编译的命令，我们可以看到

IPA包的内容

例如，我们通过iTunes Store下载微信，然后获得ipa安装包，然后实际看看其安装包的内容。

双击zip文件，解压缩后会得到一个文件夹。所以，ipa包就是一个普通的压缩包。

二进制文件的内容

通过XCode的Link Map File，我们可以窥探二进制文件中布局。 在XCode -> Build Settings -> 搜索map -> 开启Write Link Map File

开启后，在编译，我们可以在对应的Debug/Release目录下看到对应的link map的text文件。 默认的目录在

例如，我的TargetName是EPlusPan4Phone，目录如下

这个映射文件的主要包含以下部分：

Object files

这个部分包括的内容 - .o 文文件，也就是上文提到的.m文件编译后的结果。 - .a文件 - 需要link的framework

#！ Arch: x86_64 #Object files: [0] linker synthesized [1] /EPlusPan4Phone.build/EPlusPan4Phone.app.xcent [2]/EPlusPan4Phone.build/Objects-normal/x86_64/ULWBigResponseButton.o … [1175]/UMSocial_Sdk_4.4/libUMSocial_Sdk_4.4.a(UMSocialJob.o) [1188]/iPhoneSimulator10.1.sdk/System/Library/Frameworks//Foundation.framework/Foundation

这个区域的存储内容比较简单：前面是文件的编号，后面是文件的路径。文件的编号在后续会用到

Sections

这个区域提供了各个段（Segment）和节（Section）在可执行文件中的位置和大小。这个区域完整的描述克可执行文件中的全部内容。

其中，段分为两种

例如，之前写的一个App，Sections区域如下，可以看到，代码段的

__text节的地址是0x1000021B0，大小是0x0077EBC3，而二者相加的下一个位置正好是__stubs的位置0x100780D74。

Symbols

Section部分将二进制文件进行了一级划分。而，Symbols对Section中的各个段进行了二级划分， 例如，对于__TEXT __text,表示代码段中的代码内容。

而对应的Symbols，起始地址也是0x1000021B0。其中，文件编号和上文的编号对应

具体内容如下

到这里，我们知道OC的方法是如何存储的，我们再来看看ivar是如何存储的。 首先找到数据栈中__DATA __objc_ivar

然后，搜索这个地址0x100A4A248，就能找到ivar的存储区域。

值得一提的是，对于String，会显式的存储到数据段中，例如,

所以，若果你的加密Key以明文的形式写在文件里，是一件很危险的事情。

dSYM 文件

我们在每次编译过后，都会生成一个dsym文件。dsym文件中，存储了16进制的函数地址映射。

在App实际执行的二进制文件中，是通过地址来调用方法的。在App crash的时候，第三方工具（Fabric,友盟等）会帮我们抓到崩溃的调用栈，调用栈里会包含crash地址的调用信息。然后，通过dSYM文件，我们就可以由地址映射到具体的函数位置。

XCode中，选择Window -> Organizer可以看到我们生成的archier文件

然后，

关于如何用dsym文件来分析崩溃位置，可以查看我之前的一篇博客。

那些你想到和想不到的应用场景

__attribute__

或多或少，你都会在第三方库或者iOS的头文件中，见到过attribute。 比如

__attribtue__ 是一个高级的的编译器指令，它允许开发者指定更更多的编译检查和一些高级的编译期优化。

分为三种：

语法结构

__attribute__ 语法格式为：__attribute__ ((attribute-list))放在声明分号“;”前面。

比如，在三方库中最常见的，声明一个属性或者方法在当前版本弃用了

这样的好处是：给开发者一个过渡的版本，让开发者知道这个属性被弃用了，应当使用最新的API，但是被__deprecated的属性仍然可以正常使用。如果直接弃用，会导致开发者在更新Pod的时候，代码无法运行了。

__attribtue__的使用场景很多，本文只列举iOS开发中常用的几个：

Clang警告处理

你一定还见过如下代码：

这段代码的作用是

通过clang diagnostic push/pop,你可以灵活的控制代码块的编译选项。

我在之前的一篇文章里，详细的介绍了XCode的警告相关内容。本文篇幅限制，就不详细讲解了。

预处理

所谓预处理，就是在编译之前的处理。预处理能够让你定义编译器变量，实现条件编译。 比如，这样的代码很常见

同样，我们同样也可以定义其他预处理变量,在XCode-选中Target-build settings中，搜索proprecess。然后点击图中蓝色的加号，可以分别为debug和release两种模式设置预处理宏。比如我们加上：TestServer，表示在这个宏中的代码运行在测试服务器

然后，配合多个Target（右键Target，选择Duplicate），单独一个Target负责测试服务器。这样我们就不用每次切换测试服务器都要修改代码了。

插入脚本

通常，如果你使用CocoaPod来管理三方库，那么你的Build Phase是这样子的：

其中：[CP]开头的，就是CocoaPod插入的脚本。

而这些配置信息都存储在这个文件(.xcodeprog)里

到这里，CocoaPod的原理也就大致搞清楚了，通过修改xcodeproject，然后配置编译期脚本，来保证三方库能够正确的编译连接。

同样，我们也可以插入自己的脚本，来做一些额外的事情。比如，每次进行archive的时候，我们都必须手动调整target的build版本，如果一不小心，就会忘记。这个过程，我们可以通过插入脚本自动化。

这段脚本其实很简单，读取当前pist的build版本号,然后对其加一，重新写入。

使用起来也很简单：

脚本编译打包

脚本化编译打包对于CI（持续集成）来说，十分有用。iOS开发中，编译打包必备的两个命令是：

在本文最后的附录中，提供了我之前使用的一个自动打包的脚本。

提高项目编译速度

通常，当项目很大，源代码和三方库引入很多的时候，我们会发现编译的速度很慢。在了解了XCode的编译过程后，我们可以从以下角度来优化编译速度：

查看编译时间

我们需要一个途径，能够看到编译的时间，这样才能有个对比，知道我们的优化究竟有没有效果。 对于XCode 8，关闭XCode，终端输入以下指令

然后，重启XCode，然后编译，你会在这里看到编译时间。

代码层面的优化

forward declaration

所谓forward declaration，就是@class CLASSNAME，而不是#import CLASSNAME.h。这样，编译器能大大提高#import的替换速度。

对常用的工具类进行打包（Framework/.a）

打包成Framework或者静态库，这样编译的时候这部分代码就不需要重新编译了。

常用头文件放到预编译文件里

XCode的pch文件是预编译文件，这里的内容在执行XCode build之前就已经被预编译，并且引入到每一个.m文件里了。

编译器选项优化

Debug模式下，不生成dsym文件

上文提到了，dysm文件里存储了调试信息，在Debug模式下，我们可以借助XCode和LLDB进行调试。所以，不需要生成额外的dsym文件来降低编译速度。

Debug开启Build Active Architecture Only

在XCode -> Build Settings -> Build Active Architecture Only 改为YES。这样做，可以只编译当前的版本，比如arm7/arm64等等，记得只开启Debug模式。这个选项在高版本的XCode中自动开启了。

Debug模式下，关闭编译器优化

编译器优化

后续

本来这篇文章还有很多内容想写，篇幅限制，就先这样吧。最近发生了很多不开心的事，这里提醒自己一句：吃一堑，长一智。

后面有时间了，会介绍一些编译期黑科技：

附录

自动编译打包脚本