编译与链接过程的思考

作者: 落影loyinglin | 来源:发表于2016-12-17 11:10 被阅读2256次

前言

最近遇到一个错误,如下


在解决过程中,回顾了很多知识,于是有了这篇文章。
关键词:预处理、编译、汇编、链接、动态链接库、静态链接库、真机调试

正文

以.c文件的编译流程为例,如下图。
我们按照以下的步骤,用gcc对代码进行编译。


编译流程图

test.c的代码如下

#include <stdio.h>
int main()
{
    puts("It's OK.");
    return 0;
}

gcc指令处理

  • 预处理
gcc -E test.c -o test.i
  • 编译
gcc -S test.i -o test.s
  • 汇编
gcc -c test.s -o test.o
  • 链接
gcc test.o -o test

指令解释
-E Only run the preprocessor
-S Only run preprocess and compilation steps
-c Only run preprocess, compile, and assemble steps
-o <file> Write output to <file>

静态连接与动态链接

1、静态链接

静态连接就是把静态连接库(.a文件)中的文件链接到可执行文件中;

.a文件是多个.o文件的组合;
.o文件是对象文件,里面是机器指令;
链接就是多个.o文件打包成可执行文件;

2、动态链接

动态链接就是仅在可执行文件中加入相关描述文件,执行时再动态加载相应的动态链接库;

3、链接过程

链接的过程,也就是符号重定位
c/c++ 程序的编译是以文件为单位进行的,因此每个 c/cpp 文件也叫作一个编译单元(translation unit), 源文件先是被编译成一个个目标文件, 再由链接器把这些目标文件组合成一个可执行文件或库,链接的过程,其核心工作是解决模块间各种符号(变量,函数)相互引用的问题,对符号的引用本质是对其在内存中具体地址的引用,因此确定符号地址是编译,链接,加载过程中一项不可缺少的工作,这就是所谓的符号重定位。本质上来说,符号重定位要解决的是当前编译单元如何访问「外部」符号这个问题。

此段引用自linux 下动态链接实现原理,有更详细的原理介绍。

iOS相关

下图是我们Xcode工程的设置,我们来一一解析。


Embedded Binaries
  • GPUImage.framework
  • lib.framework

这两个是动态库,framework的内容格式如下


Linked Frameworks and Libraries

  • libstdc++.6.tbd
    tbd是dylib的优化版本

官方的解释:the .tbd files are new "text-based stub libraries", that provide a much more compact version of the stub libraries for use in the SDK, and help to significantly reduce its download size

  • libXG-SDK.a
    信鸽推送的静态链接库
  • lib*.framework、GPUImage.framework
    直播的framework和GPUImage
  • libPods-Live.a
    CocoaPods管理并生成的静态链接库

在Build Phases的设置里面
Check Pods Manifest.lock 设置的脚本会检查Podfile.lock 和 Manifest.lock 的差异,判断是否需要重新pod install
Embed Pods Frameworks、Copy Pods Resources 是另外两个脚本

了解完工程的基本设置后,我们来定位前面提到的问题。
进行的操作是Archive -> Export -> Ad Hoc,提示的错误信息是
Found an unexpected Mach-O header code.
点击show logs,然后选择standard.log


log的描述是did not contain a "archived-expanded-entitlements.xcent" resource

这个问题在stackoverflow也有人提问过,但是不是我遇到的情况。
so给出的建议是:
Go to BUILD PHASES -> COPY BUNDLE RESOURCES, you will find there some framework. Remove from this section and add it to LINK BINARY WITH LIBRARIES. It will work..

检查工程的设置,发现是同事把一个静态库放到了Embedded Binaries项里面,然而静态库是不能打包到ipa里面。(静态库里的代码会编译链接到可执行文件,资源文件需要重新打包成一个bundle文件放入ipa包)

思考题🤔:CocoaPods很多第三方库是包括UI资源的,然而我们知道.a文件是不包括资源的,那么第三方库的资源如何处理的?

动态库、静态库的制作

简书已经有非常详细的教程,介绍静态库和动态库的制作

Debug调试

上架AppStore的应用,在Xcode就可以查看线上的crash信息。
但有时候,真机调试的出现闪退,我们通过Xcode读取真机的crash日志,发现日志是这样的:



提供的是,crash时候的地址信息。
我们知道,编译时期函数的地址就已经确定,那么根据地址信息应该是能定位到函数。

当把Objective-C代码编译成汇编、再转译成二进制机器码后,会生成一个dSYM文件包(内含符号表,负责翻译崩溃报告成可读代码)。.dSYM文件是一个目录,包含一个十六进制的函数地址映射信息的文件,Debug的symbols都在这个文件中(包括文件名、函数名、行号等)。Xcode项目每次编译后,都会生成一个新的.dSYM文件,故而真机上的崩溃日志需要检查对应的符号表。

APPLE的官网介绍了一个指令:

// 记得把live改成你对应的包名
atos -o live.app/live -arch arm64 0x1000d51c0 -l 0x100064000

打开安装到真机的.app文件夹,按照上面的格式输入crash时候的地址信息即可。
如果发现出来的是一个毫不相关的函数,用dwarfdump --uuid live.app/live 指令确定下Binary Images是否和crash一致。

总结

在写文章过程中,简单复习了下编译原理与汇编语言,深感程序员的技能树太过庞大,随便一个分支就够学习一辈子。
平时开发遇到问题,习惯性的刨根问底,这次简单把这些知识串联起来,并和工程作相应结合,加深记忆。
文章如有疏漏,敬请指出。

引用

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网友评论

  • MemoryReload:楼主你说了半天也没说清楚,你的-l选项的那个重要的参数,就是你的代码的加载地址是如何获得的,这么重要的问题。:smiley:
    落影loyinglin:@MemoryReload 有了你这个评论,我都不需要改文章了:+1:🏻
    MemoryReload:@落影loyinglin 为什么会有两个地址呢?是因为苹果为了安全,加了slide随机偏移值这种恶心人的东西。:blush: 我并不是想强调命令,我的意思是,你需要说明下,为什么需要两个地址。这也是需要对比identifier的原因,因为每一次编译的时候,镜像的地址是会变的。runLocation=imageLocation+slide。相同的identifier保证了imageLocation是相同的,然后再有runLocation就可以知道偏移量了。然后,运行加载时,所有的镜像都是按照同样的slide位移来计算runLocation的,同一次运行中这个slide是不变的,所以,有了这个slide跟正确的imageLocation,你就可以反向解析出所有runLocation对应的imageLocation,然后,再通过.dSYM种的drawf内的符号表,就可以查出你运行的出错地址的符号表示了。:blush:
    落影loyinglin:@MemoryReload 这篇的重点是讲编译和链接,指令就不放开讲。查文档有介绍,一个是运行地址,一个是模块加载地址。
  • 暴走大牙:说错了一点:GPUImage.framework是静态库,iOS凡是自建的都是静态库。framework放的只是.h和.a,只是把后缀.a去掉了
    落影loyinglin:@暴走大牙 静态库可以embeded吗
    暴走大牙:@落影loyinglin 是的,通过Mach-O Type 设置。你确定GPUImage.Framework 没有修改吗? AppStore 现在能审核通过? 我一般都是创建Framework之后把Mach-O Type 设置为静态库。
    落影loyinglin:@暴走大牙 可以选择静态库或者动态库的,光看framework的后缀无法判断吧

本文标题:编译与链接过程的思考

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