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iOS-开发进阶04：静态库

iOS-开发进阶04：静态库

作者: differ_iOSER | 来源:发表于2021-03-04 13:03 被阅读0次

    iOS 开发进阶 文章汇总

    目录

    一、.a与.framework静态库介绍

    1、常用库文件格式有以下几种：
    • .a：静态库
    • .framework：既有静态库也有动态库
    • .dylib：传统意义上的动态库
    • .xcframework：2019年苹果推出的用于解决不同架构的库导致的开发问题
    2、Framework
    • Framework 实际上是一种打包方式，将库的二进制文件，头文件和有关的资源文件打包到一起，方便管理和分发。
    • Framework和系统的UlKit.Framework还是有很大区别。系统的Framework不需要拷贝到目标程序中，我们自己做出来的Framework哪怕是动态的，最后也还是要拷贝到App中(App 和Extension的Bundle是共享的)，因此苹果又把这种Framework称为Embedded Framework。
    3、什么是库(Library) ？

    库(Library)说白了就是一段编译好的二进制代码，加上头文件就可以供别人使用。

    4、什么时候会用到库(Library) ?
    • 某些代码需要给别人使用，但是我们不希望别人看到源码，就需要以库的形式进行封装，只暴露出头文件。
    • 对于某些不会进行大的改动的代码，我们想减少编译的时间，就可以把它打包成库，因为库是已经编译好的二进制了，编译的时候只需要Link一下，不会浪费编译时间。
    5、链接静态库

    准备如下文件：


    main.m文件中的代码如下：

    #import <Foundation/Foundation.h>
#import <AFNetworking.h>

int main(int argc, char * argv[]) {
    AFHTTPSessionManager *manager = [AFHTTPSessionManager manager];
    NSLog(@"test：%@", manager);
    return 0;
}

    main.m文件中的代码使用了AFNetworking.h中的代码，因此需要libAFNetworking.a静态库链接到main.m文件。
    通过如下命令我们可以看到.a静态库就是.o文件的合集:

    file libAFNetworking.a//查看当前文件类型
ar -t libAFNetworking.a//查看静态库中的内容

    二、静态库的链接

    我们知道整个编译过程先是把源文件编译生成目标文件(.o)，再通过链接器生成可执行文件或者动态库。因此接下来的步骤如下：

    1、生成目标文件

    使用clang命令编译main.m代码

    cd main.m 文件目录下

clang -x objective-c \
-target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-I./AFNetworking \
-c test.m -o test.o

    clang命令的参数参见文末

    • 编译链接三要素：头文件、库文件路径、库名称
    • 生成目标文件过程中只用到了./AFNetworking目录下的头文件，并将代码中AFHTTPSessionManager等放到重定位符号表
    2、链接静态库生成可执行文件

    使用clang命令链接静态库命令如下：

    clang -target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-L./AFNetworking \
-lAFNetworking \
test.o -o test

    这里libAFNetworking.a构建的架构需要和这里的目标架构一致，否者无法生成可执行文件。

    生成可执行文件时需要用到静态库中的符号，并和目标文件中的重定位符号表融合成一个符号表

    3、编译链接流程

    三、静态库的创建与合并

    准备如下代码：


    //test.m
#import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestExample.h"

int main() {
    NSLog(@"---main---");
    TestExample *test = [TestExample new];
    [test testFunc];
    return 0;
}

    // TestExample.m
#import "TestExample.h"
@implementation TestExample
- (void)testFunc {
    NSLog(@"testFunc");
}
@end

    现在需要将TestExample.m文件编译成静态库文件

    1、将TestExample.m文件编译成.o目标文件

    代码如下（和将test.m编译成test.o的区别就是没有引入其他头文件、-x: 指定编译文件语言类型）：

    cd TestExample.m 所在目录

clang -x objective-c  \
-target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-c TestExample.m -o TestExample.o

    2、将.o目标文件变成静态库

    由于静态库就是.o文件的合集，因此一个.o文件也能变成静态库，这里直接通过修改TestExample.o文件的后缀变成静态库（之前的系统直接将TestExample.o改为TestExample.a即可），操作如下：
    TestExample.o-->libTestExample.dylib-->libTestExample
    或者使用ar命令: ar -rc libTestExample.a TestExample.o

    3、使用test.m文件链接TestExample静态库以验证该静态库是否的正确性

    • 先将test.m编译成test.o，命令和之前一样，只是路径有变化：
    • test.o链接libTestExample静态库生成test可执行文件，注意库的路径和名称(-lTestExample)

    4、在终端执行test可执行文件

    • 终端输入lldb进入到lldb环境中
    • file test //将可以test可执行文件包装为一个Target
    • r // 运行Target

    注意：如果r 运行Target出现错误：error: process exited with status -1 (attach failed ( (os/kern) invalid a rgument)需要进行如下操作：
    应用程序-->终端-->显示简介-->取消勾选“使用Rosetta打开”
    因为test可执行文件是指定arm64架构生成的，因此需要直接在M1的arm64芯片上运行

    5、静态库的合并

    准备如下两个静态库


    使用如下代码合并两个静态库：

    libtool -static \
-o libDiffer.a \
/Users/ztkj/Desktop/静态库合并/libAFNetworking.a \
/Users/ztkj/Desktop/静态库合并/libSDWebImage.a

    四、创建Framework

    使用上面的文件和生成静态库并创建TestExample.framework文件，结构如下：

    删除后缀的libTestExample.a静态库必须是文稿类型，不能是Archive否则会报错：ld: framework not found TestExample
    M1 MacOS删除.a后缀后如果还是Archive后缀就在简介中删除后缀：

    将test.m编译成test.o

    clang -target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-I./Frameworks/TestExample.framework/Headers \
-c test.m -o test.o

    test.o链接我们创建的Framework（-F和-framework参数与直接链接静态库有区别）

    clang -target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-F./Frameworks \
-framework TestExample \
test.o -o test

    最后在lldb下也能执行test:

    五、shell初探

    在前面静态库创建的时候主要涉及到以下几个步骤：

    • 将TestExample.m文件编译成.o目标文件
    • 将.o目标文件变成静态库
    • 将test.m编译成test.o
    • test.o链接libTestExample.a静态库生成test可执行文件

    现在将这里面的命令放到Shell文件中，文件结构如下：

    build.sh文件中的代码如下，都是上面的命令，只是定义了一些变量：

    #定义变量，等号两边不能有空格
LANGUAGE=objective-c
TAREGT=arm64-apple-macos11.1
SYSROOT=/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk

FILE_NAME=test
STATICLIBRARY=TestExample
HEAD_PATH=./StaticLibrary
LIBRARY_PATH=./StaticLibrary

#和cd不同的是pushd是压栈一个目录到目录栈的栈顶，而cd 这是直接修改栈顶目录因此无法回到上次的目录
echo "-------------进入到StaticLibrary目录------------------"
pushd ${HEAD_PATH}
echo "-------------编译TestExample.m to TestExample.o------------------"
clang -x $LANGUAGE  \
-target $TAREGT     \
-fobjc-arc          \
-isysroot $SYSROOT  \
-c ${STATICLIBRARY}.m -o ${STATICLIBRARY}.o

echo "-------------创建libTestExample.a静态库------------------"
ar -rc lib${STATICLIBRARY}.a ${STATICLIBRARY}.o

echo "-------------退出StaticLibrary目录------------------"
popd

echo "-------------编译test.m to test.o------------------"
clang -x $LANGUAGE  \
-target $TAREGT     \
-fobjc-arc          \
-isysroot $SYSROOT  \
-I${HEAD_PATH}   \
-c ${FILE_NAME}.m -o ${FILE_NAME}.o


echo "-------------test.o链接libTestExample.a to test EXEC------------------"
clang -target $TAREGT   \
-fobjc-arc              \
-isysroot $SYSROOT      \
-L${LIBRARY_PATH}       \
-l${STATICLIBRARY}           \
$FILE_NAME.o -o $FILE_NAME

    和cd不同的是pushd是压栈一个目录到目录栈的栈顶，而cd 这是直接修改栈顶目录因此无法回到上次的目录

    终端执行以下命令执行build.sh文件：

    // cd build.sh文件所在目录
// 为build.sh添加可执行权限
chmod +x ./build.sh 
//  执行build.sh 脚本
./build.sh

    六、dead_strip与静态库

    准备如下代码，文件结构如下：

    修改main.m中的代码，将TestExample的代码使用注释掉：

    #import <Foundation/Foundation.h>
#import "TestExample.h"

int main() {
    NSLog(@"---main---");
//    TestExample *test = [TestExample new];
//    [test testFunc];
    return 0;
}

    运行shell.sh脚本：

    查看test可执行文件Mach-O中__TEXT Section的代码：

    可以看到虽然main.m中的代码引入了TestExample.h但没有使用TestExample类，因此ld默认情况下进行了dead_strip剥离了TestExample中的代码。这在正常情况下没有问题，但是如果静态库中有使用OC中的分类（分类是在运行过程中动态创建的），dead_strip默认剥离所有未使用的代码就会出现问题。

    解决方法：在xcconfig文件中添加一下参数，让ld链接静态库的时候遵循我们指定的规则剥离相应的符号：

    // -Xlinker -noall_load：dead strip，默认不加载所有静态库的所有代码
// -Xlinker -all_load：不dead strip，加载所有静态库的全部代码
// -Xlinker -ObjC：加载全部OC相关代码，包括分类
// -force_load： 指定要加载那个静态库的全部代码
STATIC_FRAMEWORK_PATH=${BUILD_DIR}/$(CONFIGURATION)$(EFFECTIVE_PLATFORM_NAME)/StaticFramework.framework/StaticFramework
OTHER_LDFLAGS=-Xlinker -force_load ${STATIC_FRAMEWORK_PATH}

    -Xlinker就是告诉clang向ld传递参数，并且以上四个参数只对链接静态库时起作用，Xcode Build Settings中的dead_strip是链接器提供的一种优化方式，和这里链接静态库传递的参数不是一回事。

    如果dead_strip不能剥离完不需要的代码，链接器还提供了另一个链接参数LTO，能够在dead_strip之后进一步优化代码：

    .o文件的合并与.o文件链接静态库的区别

    • .o文件和.o文件的合并是先合并成一个大的.o然后再链接(dead_strip)生成可执行文件
    • .o文件链接静态库是先dead_strip，然后再合并

    快捷键

    • Tab：补全当前文件夹中未输入完整的文件名
    • Ctrl + E: 终端中移动光标到行尾

    命令详解

    1、ar命令向静态库添加.o文件 / 查看静态库中的目标文件
    /**
 `ar`压缩目标文件，并对其进行编号和索引，形成静态库。同时也可以解压缩静态库，查看有哪些目标文件：
 ar -rc a.a a.o
    -r: 向a.a添加or替换.o文件（没有静态库就创建静态库）
    -c: 不输出任何信息
    -t: 列出包含的目标文件
 */
    2、将test.m编译成test.o
    /**
 clang命令参数：
     -x: 指定编译文件语言类型
     -g: 生成调试信息
     -c: 生成目标文件，只运行preprocess，compile，assemble，不链接
     -o: 输出文件
     -isysroot: 使用的SDK路径
     1. -I<directory> 在指定目录寻找头文件  对应：Header Search Path
     2. -L<dir> 指定库文件目录（.a\.dylib库文件） 对应：Library Search Path
     3. -l<library_name> 指定链接的库文件名称（.a\.dylib库文件）对应：Other Link Flags -lAFNetworking
     -F<directory> 在指定目录寻找framework 对应：Framework Search Path
     -framework <framework_name> 指定链接的framework名称 对应：Other Link Flags -framework AFNetworking
 */

/**
    将test.m编译成test.o:
    1. 使用OC
    2. 生成的是x86_64-apple-macos11.1架构的代码、M1:arm64-apple-macos11.1
    3. 使用ARC
    4. 使用的SDK(Foundation)的路径在：/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk
    5. 用到的其他库(AFNetworking)的头文件地址在./Frameworks
 */
clang -x objective-c \
-target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-I./AFNetworking \
-c test.m -o test.o
    3、test.o链接libAFNetworking.a生成test可执行文件
    /**
    test.o链接libAFNetworking.a生成test可执行文件
    -L./AFNetworking 在当前目录的子目录AFNetworking查找需要的库文件
    -lAFNetworking 链接的名称为libAFNetworking/AFNetworking的动态库或者静态库
    查找规则：先找lib+<library_name>的动态库，找不到，再去找lib+<library_name>的静态库，还找不到，就报错
 */
clang -target arm64-apple-macos11.1 \
-fobjc-arc \
-isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX11.1.sdk \
-L./AFNetworking \
-lAFNetworking \
test.o -o test
    4、合并静态库
    /**
    OutputName.a: 合并后输出的静态库名称
    Library1.a Library2.a需要合并的静态库
 */
libtool -static -o OutputName.a Library1.a Library2.a

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