这是一篇学习某高手的课程后的总结。如有问题请联系我
一、链接器最主要的作用:
将符号绑定到地址上。
二、编译器和解析器:
我们都知道,iOS 编写的代码是先使用编译器把代码编译成机器码,然后直接在 CPU 上执行机器码的。之所以不使用解释器来运行代码,是因为苹果公司希望 iPhone 的执行效率更高、运行速度能达到最快。那为什么说用解释器运行代码的速度不够快呢?这是因为解释器会在运行时解释执行代码,获取一段代码后就会将其翻译成目标代码(就是字节码(Bytecode)),然后一句一句地执行目标代码。也就是说,解释器,是在运行时才去解析代码,这样就比在运行之前通过编译器生成一份完整的机器码再去执行的效率要低。
使用编译器和解释器执行代码的特点,我们就可以概括如下:采用编译器生成机器码执行的好处是效率高,缺点是调试周期长。解释器执行的好处是编写调试方便,缺点是执行效率低。
编译器和解释器的比较图示如下LLVM编译过程非常复杂,简单为你总结下编译的几个主要过程:
首先,你写好代码后,LLVM 会预处理你的代码,比如把宏嵌入到对应的位置。
预处理完后,LLVM 会对代码进行词法分析和语法分析,生成 AST 。AST 是抽象语法树,结构上比代码更精简,遍历起来更快,所以使用 AST 能够更快速地进行静态检查,同时还能更快地生成 IR(中间表示)。
最后 AST 会生成 IR,IR 是一种更接近机器码的语言,区别在于和平台无关,通过 IR 可以生成多份适合不同平台的机器码。对于 iOS 系统,IR 生成的可执行文件就是 Mach-O。
编译的主要过程三、编译时链接器做了什么?
Mach-O 文件里面的内容,主要就是代码和数据:代码是函数的定义;数据是全局变量的定义,包括全局变量的初始值。不管是代码还是数据,它们的实例都需要由符号将其关联起来。为什么呢?因为 Mach-O 文件里的那些代码,比如 if、for、while 生成的机器指令序列,要操作的数据会存储在某个地方,变量符号就需要绑定到数据的存储地址。你写的代码还会引用其他的代码,引用的函数符号也需要绑定到该函数的地址上。而链接器的作用,就是完成变量、函数符号和其地址绑定这样的任务。而这里我们所说的符号,就可以理解为变量名和函数名。
四、动态库链接:
链接的共用库分为静态库和动态库:静态库是编译时链接的库,需要链接进你的 Mach-O 文件里,如果需要更新就要重新编译一次,无法动态加载和更新;而动态库是运行时链接的库,使用 dyld 就可以实现动态加载。Mach-O 文件是编译后的产物,而动态库在运行时才会被链接,并没参与 Mach-O 文件的编译和链接,所以 Mach-O 文件中并没有包含动态库里的符号定义。也就是说,这些符号会显示为“未定义”,但它们的名字和对应的库的路径会被记录下来。运行时通过 dlopen 和 dlsym 导入动态库时,先根据记录的库路径找到对应的库,再通过记录的名字符号找到绑定的地址。dlopen 会把共享库载入运行进程的地址空间,载入的共享库也会有未定义的符号,这样会触发更多的共享库被载入。dlopen 也可以选择是立刻解析所有引用还是滞后去做。dlopen 打开动态库后返回的是引用的指针,dlsym 的作用就是通过 dlopen 返回的动态库指针和函数符号,得到函数的地址然后使用。使用 dyld 加载动态库,有两种方式:有程序启动加载时绑定和符号第一次被用到时绑定。为了减少启动时间,大部分动态库使用的都是符号第一次被用到时再绑定的方式。加载过程开始会修正地址偏移,iOS 会用 ASLR 来做地址偏移避免攻击,确定 Non-Lazy Pointer 地址进行符号地址绑定,加载所有类,最后执行 load 方法和 Clang Attribute 的 constructor 修饰函数。每个函数、全局变量和类都是通过符号的形式定义和使用的,当把目标文件链接成一个 Mach-O 文件时,链接器在目标文件和动态库之间对符号做解析处理。
五、小结:
总体来看,从编译、链接、执行、动态库加载到 main 函数开始执行的过程如下图所示。
编译阶段由于有了链接器,你的代码可以写在不同的文件里,每个文件都能够独立编成 Mach-O 文件进行标记。编译器可以根据你修改的文件范围来减少编译,通过这种方式提高每次编译的速度。
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