iOS编译

作者: 清风沐沐 | 来源:发表于2017-12-16 17:38 被阅读48次

    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

    ios编译流程.png

    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。

    image.png

    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

    • LVVM优化器会进行BitCode的生成,链接期优化等等。


      image.png
    • LLVM机器码生成器会针对不同的架构,比如arm64等生成不同的机器码。


      image.png

    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

    • 编译信息写入辅助文件,创建编译后的文件架构(name.app)
    • 处理文件打包信息,例如在debug环境下
    Entitlements:
    {
        "application-identifier" = "app的bundleid";
        "aps-environment" = development;
    }
    
    • 执行CocoaPod编译前脚本

      • 例如对于使用CocoaPod的工程会执行CheckPods Manifest.lock
    • 编译各个.m文件,使用CompileC和clang命令。

    CompileC ClassName.o ClassName.m normal x86_64 objective-c com.apple.compilers.llvm.clang.1_0.compiler
    export LANG=en_US.US-ASCII
    export PATH="..."
    clang -x objective-c -arch x86_64 -fmessage-length=0 -fobjc-arc... -Wno-missing-field-initializers ... -DDEBUG=1 ... -isysroot iPhoneSimulator10.1.sdk -fasm-blocks ... -I 上文提到的文件 -F 所需要的Framework  -iquote 所需要的Framework  ... -c ClassName.c -o ClassName.o
    

    通过这个编译的命令,我们可以看到

    clang是实际的编译命令
    -x      objective-c 指定了编译的语言
    -arch   x86_64制定了编译的架构,类似还有arm7等
    -fobjc-arc 一些列-f开头的,指定了采用arc等信息。这个也就是为什么你可以对单独的一个.m文件采用非ARC编程。
    -Wno-missing-field-initializers 一系列以-W开头的,指的是编译的警告选项,通过这些你可以定制化编译选项
    -DDEBUG=1 一些列-D开头的,指的是预编译宏,通过这些宏可以实现条件编译
    -iPhoneSimulator10.1.sdk 制定了编译采用的iOS SDK版本
    -I 把编译信息写入指定的辅助文件
    -F 链接所需要的Framework
    -c ClassName.c 编译文件
    -o ClassName.o 编译产物
    

    链接需要的Framework,例如

    • Foundation.framework,AFNetworking.framework,ALiPay.fframework
    • 编译xib文件
    • 拷贝xib,图片等资源文件到结果目录
    • 编译ImageAssets
    • 处理info.plist
    • 执行CocoaPod脚本
    • 拷贝Swift标准库
    • 创建.app文件和对其签名

    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。

    image.png
    • 右键ipa,重命名为.zip
    • 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。


      image.png
    • 右键图中的WeChat,选择显示包内容,然后就能够看到实际的ipa包内容了。

    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

    image.png

    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

    ~/Library/Developer/Xcode/DerivedData/<TARGET-NAME>-对应ID/Build/Intermediates/<TARGET-NAME>.build/Debug-iphoneos/<TARGET-NAME>.build/
    

    例如,我的TargetName是EPlusPan4Phone,目录如下

    /Users/huangwenchen/Library/Developer/Xcode/DerivedData/EPlusPan4Phone-eznmxzawtlhpmadnbyhafnpqpizo/Build/Intermediates/EPlusPan4Phone.build/Debug-iphonesimulator/EPlusPan4Phone.build
    

    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

    • __TEXT 代码段
    • __DATA 数据段

    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。

    # Sections:
    # 位置       大小        段       节
    # Address   Size        Segment Section
    0x1000021B0 0x0077EBC3  __TEXT  __text //代码
    0x100780D74 0x00000FD8  __TEXT  __stubs
    0x100781D4C 0x00001A50  __TEXT  __stub_helper
    0x1007837A0 0x0001AD78  __TEXT  __const //常量
    0x10079E518 0x00041EF7  __TEXT  __objc_methname //OC 方法名
    0x1007E040F 0x00006E34  __TEXT  __objc_classname //OC 类名
    0x1007E7243 0x00010498  __TEXT  __objc_methtype  //OC 方法类型
    0x1007F76DC 0x0000E760  __TEXT  __gcc_except_tab 
    0x100805E40 0x00071693  __TEXT  __cstring  //字符串
    0x1008774D4 0x00004A9A  __TEXT  __ustring  
    0x10087BF6E 0x00000149  __TEXT  __entitlements 
    0x10087C0B8 0x0000D56C  __TEXT  __unwind_info 
    0x100889628 0x000129C0  __TEXT  __eh_frame
    0x10089C000 0x00000010  __DATA  __nl_symbol_ptr
    0x10089C010 0x000012C8  __DATA  __got
    0x10089D2D8 0x00001520  __DATA  __la_symbol_ptr
    0x10089E7F8 0x00000038  __DATA  __mod_init_func
    0x10089E840 0x0003E140  __DATA  __const //常量
    0x1008DC980 0x0002D840  __DATA  __cfstring
    0x10090A1C0 0x000022D8  __DATA  __objc_classlist // OC 方法列表
    0x10090C498 0x00000010  __DATA  __objc_nlclslist 
    0x10090C4A8 0x00000218  __DATA  __objc_catlist
    0x10090C6C0 0x00000008  __DATA  __objc_nlcatlist
    0x10090C6C8 0x00000510  __DATA  __objc_protolist // OC协议列表
    0x10090CBD8 0x00000008  __DATA  __objc_imageinfo
    0x10090CBE0 0x00129280  __DATA  __objc_const // OC 常量
    0x100A35E60 0x00010908  __DATA  __objc_selrefs
    0x100A46768 0x00000038  __DATA  __objc_protorefs 
    0x100A467A0 0x000020E8  __DATA  __objc_classrefs 
    0x100A48888 0x000019C0  __DATA  __objc_superrefs // OC 父类引用
    0x100A4A248 0x0000A500  __DATA  __objc_ivar // OC iar
    0x100A54748 0x00015CC0  __DATA  __objc_data
    0x100A6A420 0x00007A30  __DATA  __data
    0x100A71E60 0x0005AF70  __DATA  __bss
    0x100ACCDE0 0x00053A4C  __DATA  __common
    

    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。

    0x1000021B0 0x0077EBC3  __TEXT  __text //代码
    

    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

    [2]/EPlusPan4Phone.build/Objects-normal/x86_64/ULWBigResponseButton.o
    

    具体内容如下

    # Symbols:
     地址     大小          文件编号    方法名
    # Address   Size        File       Name
    0x1000021B0 0x00000109  [  2]     -[ULWBigResponseButton pointInside:withEvent:]
    0x1000022C0 0x00000080  [  3]     -[ULWCategoryController liveAPI]
    0x100002340 0x00000080  [  3]     -[ULWCategoryController categories]
    ....
    

    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

    0x100A4A248 0x0000A500  __DATA  __objc_ivar
    

    然后,搜索这个地址0x100A4A248,就能找到ivar的存储区域。

    0x100A4A248 0x00000008  [  3] _OBJC_IVAR_$_ULWCategoryController._liveAPI
    

    值得一提的是,对于String,会显式的存储到数据段中,例如,

    0x1008065C2 0x00000029  [ 11] literal string: http://sns.whalecloud.com/sina2/callback
    

    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,

    • 右键 -> 在finder中显示。
    • 右键 -> 查看包内容。

    关于如何用dsym文件来分析崩溃位置,可以查看这篇博客。


    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

    __attribute__ ((warn_unused_result)) //如果没有使用返回值,编译的时
    

    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:

    • 函数属性 (Function Attribute)
    • 类型属性 (Variable Attribute )
    • 变量属性 (Type Attribute )

    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

    @property (strong,nonatomic)CLASSNAME * property __deprecated;
    

    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:

    //弃用API,用作API更新
    #define __deprecated    __attribute__((deprecated)) 
    
    //带描述信息的弃用
    #define __deprecated_msg(_msg) __attribute__((deprecated(_msg)))
    
    //遇到__unavailable的变量/方法,编译器直接抛出Error
    #define __unavailable   __attribute__((unavailable))
    
    //告诉编译器,即使这个变量/方法 没被使用,也不要抛出警告
    #define __unused    __attribute__((unused))
    
    //和__unused相反
    #define __used      __attribute__((used))
    
    //如果不使用方法的返回值,进行警告
    #define __result_use_check __attribute__((__warn_unused_result__))
    
    //OC方法在Swift中不可用
    #define __swift_unavailable(_msg)   __attribute__((__availability__(swift, unavailable, message=_msg)))
    

    Clang警告处理

    你一定还见过如下代码:

    #pragma clang diagnostic push
    #pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
    ///代码
    #pragma clang diagnostic pop
    

    这段代码的作用是

    1.对当前编译环境进行压栈
    2.忽略-Wundeclared-selector(未声明的)Selector警告
    3.编译代码
    4.对编译环境进行出栈

    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

    #ifdef DEBUG
    //...
    #else
    //...
    #endif
    

    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

    image.png

    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。

    #ifdef TESTMODE
    //测试服务器相关的代码
    #else
    //生产服务器相关代码
    #endif
    

    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:


    image.png

    其中:[CP]开头的,就是CocoaPod插入的脚本。

    • Check Pods Manifest.lock,用来检查cocoapod管理的三方库是否需要更新
    • Embed Pods Framework,运行脚本来链接三方库的静态/动态库
    • Copy Pods Resources,运行脚本来拷贝三方库的资源文件
      而这些配置信息都存储在这个文件(.xcodeprog)里
    image.png

    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。

    buildNumber=$(/usr/libexec/PlistBuddy -c "Print CFBundleVersion" "${PROJECT_DIR}/${INFOPLIST_FILE}")
    buildNumber=$(($buildNumber + 1))
    /usr/libexec/PlistBuddy -c "Set :CFBundleVersion $buildNumber" 
    

    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:

    • Xcode - 选中Target - 选中build phase
    • 选择添加Run Script Phase
    image.png
    • 然后把这段脚本拷贝进去,并且勾选Run Script Only When installing,保证只有我们在安装到设备上的时候,才会执行这段脚本。重命名脚本的名字为Auto Increase build number
    image.png
    • 然后,拖动这个脚本的到Link Binary With Libraries下面
    image.png

    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:

    //编译成.app
    xcodebuild  -workspace $projectName.xcworkspace -scheme $projectName  -configuration $buildConfig clean build SYMROOT=$buildAppToDir
    //打包
    xcrun -sdk iphoneos PackageApplication -v $appDir/$projectName.app -o $appDir/$ipaName.ipa
    
    通过info命令,可以查看到详细的文档
    info xcodebuild
    

    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

    $ defaults write com.apple.dt.Xcode ShowBuildOperationDuration YES
    

    然后,重启XCode,然后编译,你会在这里看到编译时间。

    image.png
    • 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

    image.png

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