前言
像C++,Objective C都是編譯語言。編譯語言在執(zhí)行的時候，必須先通過編譯器生成機器碼，機器碼可以直接在CPU上執(zhí)行，所以執(zhí)行效率較高。
像JavaScript,Python都是直譯式語言。直譯式語言不需要經(jīng)過編譯的過程，而是在執(zhí)行的時候通過一個中間的解釋器將代碼解釋為CPU可以執(zhí)行的代碼。所以，較編譯語言來說，直譯式語言效率低一些，但是編寫的更靈活，也就是為啥JS大法好。
iOS開發(fā)目前的常用語言是：Objective和Swift。二者都是編譯語言，換句話說都是需要編譯才能執(zhí)行的。二者的編譯都是依賴于Clang(swift) + LLVM. 篇幅限制，本文只關(guān)注Objective C，因為原理上大同小異。
可能會有同學(xué)想問，我不懂編譯的過程，寫代碼也沒問題啊？這點我是不否定的。但是，充分理解了編譯的過程，會對你的開發(fā)大有幫助。本文的最后，會以以下幾個例子，來講解如何合理利用XCode和編譯
__attribute__
Clang警告處理
預(yù)處理
插入編譯期腳本
提高項目編譯速度
iOS編譯
Objective C采用Clang作為前端，而Swift則采用swift()作為前端，二者LLVM(Low level vritual machine)作為編譯器后端。所以簡單的編譯過程如圖
其中，swift的編譯命令可以在這里找到
/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Toolchains/XcodeDefault.xctoolchain/usr/bin/swift
可以通過Clang，來查看一個文件的編譯具體過程，新建Demo.m
#import<Foundation/Foundation.h>int main(){
? ? @autoreleasepool {
? ? ? ? NSLog(@"%@",@"Hello Leo");
? ? }
? ? return 0;
}
然后終端輸入：
clang -ccc-print-phases -framework Foundation Demo.m -o Demo?
0: input, "Foundation", object?
1: input, "Demo.m", objective-c
2: preprocessor, {1}, objective-c-cpp-output//預(yù)處理
3: compiler, {2}, ir //編譯生成IR(中間代碼)
4: backend, {3}, assembler//匯編器生成匯編代碼
5: assembler, {4}, object//生成機器碼
6: linker, {0, 5}, image//鏈接
7: bind-arch, "x86_64", {6}, image//生成Image，也就是最后的可執(zhí)行文件
接著，就可以在終端直接運行這個程序了：
./DemoLeo$ ./Demo Demo[923:24816] Hello Leo
編譯器前端：
編譯器前端的任務(wù)是進行：語法分析，語義分析，生成中間代碼(intermediate representation )。在這個過程中，會進行類型檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯誤或者警告會標注出來在哪一行。
編譯器后端：
編譯器后端會進行機器無關(guān)的代碼優(yōu)化，生成機器語言，并且進行機器相關(guān)的代碼優(yōu)化。iOS的編譯過程，后端的處理如下
LVVM優(yōu)化器會進行BitCode的生成，鏈接期優(yōu)化等等。
LLVM機器碼生成器會針對不同的架構(gòu)，比如arm64等生成不同的機器碼。
執(zhí)行一次XCode build的流程
當你在XCode中，選擇build的時候（快捷鍵command+B），會執(zhí)行如下過程
編譯信息寫入輔助文件，創(chuàng)建編譯后的文件架構(gòu)(name.app)
處理文件打包信息，例如在debug環(huán)境下
Entitlements:{
? ? "application-identifier" = "app的bundleid";? ? "aps-environment" = development;
}
執(zhí)行CocoaPod編譯前腳本?
例如對于使用CocoaPod的工程會執(zhí)行CheckPods Manifest.lock
編譯各個.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-in
通過這個編譯的命令，我們可以看到：
clang是實際的編譯命令
-x? ? ? objective-c 指定了編譯的語言
-arch? x86_64制定了編譯的架構(gòu)，類似還有arm7等
-fobjc-arc 一些列-f開頭的，指定了采用arc等信息。這個也就是為什么你可以對單獨的一個.m文件采用非ARC編程。
-Wno-missing-field-initializers 一系列以-W開頭的，指的是編譯的警告選項，通過這些你可以定制化編譯選項
-DDEBUG=1一些列-D開頭的，指的是預(yù)編譯宏，通過這些宏可以實現(xiàn)條件編譯
-iPhoneSimulator10.1.sdk 制定了編譯采用的iOSSDK版本
-I把編譯信息寫入指定的輔助文件
-F鏈接所需要的Framework-cClassName.c 編譯文件
-oClassName.o 編譯產(chǎn)物
鏈接需要的Framework，例如Foundation.framework,AFNetworking.framework,ALiPay.fframework
編譯xib文件
拷貝xib，圖片等資源文件到結(jié)果目錄
編譯ImageAssets
處理info.plist
執(zhí)行CocoaPod腳本
拷貝Swift標準庫
創(chuàng)建.app文件和對其簽名
IPA包的內(nèi)容
二進制文件的內(nèi)容：
通過XCode的Link Map File，我們可以窺探二進制文件中布局。?
在XCode -> Build Settings -> 搜索map -> 開啟Write Link Map File
開啟后，在編譯，我們可以在對應(yīng)的Debug/Release目錄下看到對應(yīng)的link map的text文件。?
默認的目錄在~/Library/Developer/Xcode/DerivedData/<TARGET-NAME>-對應(yīng)ID/Build/Intermediates/<TARGET-NAME>.build/Debug-iphoneos/<TARGET-NAME>.build/
例如，我的TargetName是EPlusPan4Phone，目錄如下
/Users/huangwenchen/Library/Developer/Xcode/DerivedData/EPlusPan4Phone-eznmxzawtlhpmadnbyhafnpqpizo/Build/Intermediates/EPlusPan4Phone.build/Debug-iphonesimulator/EPlusPan4Phone.build
這個映射文件的主要包含以下部分：
Object files
這個部分包括的內(nèi)容?
- .o 文文件，也就是上文提到的.m文件編譯后的結(jié)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
這個區(qū)域的存儲內(nèi)容比較簡單：前面是文件的編號，后面是文件的路徑。文件的編號在后續(xù)會用到
Sections：
這個區(qū)域提供了各個段（Segment）和節(jié)（Section）在可執(zhí)行文件中的位置和大小。這個區(qū)域完整的描述克可執(zhí)行文件中的全部內(nèi)容。
其中，段分為兩種
__TEXT 代碼段
__DATA 數(shù)據(jù)段?
例如，之前寫的一個App，Sections區(qū)域如下，可以看到，代碼段的
__text節(jié)的地址是0x1000021B0，大小是0x0077EBC3，而二者相加的下一個位置正好是__stubs的位置0x100780D74。
# Sections:# 位置 大小 段 節(jié)# Address Size Segment Section0x1000021B0 0x0077EBC3 __TEXT __text //代碼
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 類名
0x1007E7243 0x00010498? __TEXT? __objc_methtype? //OC 方法類型
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協(xié)議列表
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 父類引用
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部分將二進制文件進行了一級劃分。而，Symbols對Section中的各個段進行了二級劃分，?
例如，對于__TEXT __text,表示代碼段中的代碼內(nèi)容。
0x1000021B0 0x0077EBC3 __TEXT __text //代碼
而對應(yīng)的Symbols，起始地址也是0x1000021B0。其中，文件編號和上文的編號對應(yīng)
[2]/EPlusPan4Phone.build/Objects-normal/x86_64/ULWBigResponseButton.o
具體內(nèi)容如下：
# Symbols:
? 地址? ? 大小? ? ? ? ? 文件編號? ? 方法名
# Address? Size? ? ? ? File? ? ? Name
0x1000021B0 0x00000109? [? 2]? ? -[ULWBigResponseButton pointInside:withEvent:]
0x1000022C0 0x00000080? [? 3]? ? -[ULWCategoryController liveAPI]
0x100002340 0x00000080? [? 3]? ? -[ULWCategoryController categories]....
到這里，我們知道OC的方法是如何存儲的，我們再來看看ivar是如何存儲的。?
首先找到數(shù)據(jù)棧中__DATA __objc_ivar
0x100A4A248 0x0000A500 __DATA __objc_ivar
然后，搜索這個地址0x100A4A248，就能找到ivar的存儲區(qū)域。
0x100A4A248 0x00000008 [ 3] _OBJC_IVAR_$_ULWCategoryController._liveAPI
值得一提的是，對于String，會顯式的存儲到數(shù)據(jù)段中，例如,
0x1008065C2 0x00000029 [ 11] literal string: http://sns.whalecloud.com/sina2/callback
所以，若果你的加密Key以明文的形式寫在文件里，是一件很危險的事情。
dSYM 文件
我們在每次編譯過后，都會生成一個dsym文件。dsym文件中，存儲了16進制的函數(shù)地址映射。
在App實際執(zhí)行的二進制文件中，是通過地址來調(diào)用方法的。在App crash的時候，第三方工具（Fabric,友盟等）會幫我們抓到崩潰的調(diào)用棧，調(diào)用棧里會包含crash地址的調(diào)用信息。然后，通過dSYM文件，我們就可以由地址映射到具體的函數(shù)位置。
XCode中，選擇Window -> Organizer可以看到我們生成的archier文件
那些你想到和想不到的應(yīng)用場景
__attribute__
或多或少，你都會在第三方庫或者iOS的頭文件中，見到過attribute。?
比如__attribute__ ((warn_unused_result)) //如果沒有使用返回值，編譯的時候給出警告
__attribtue__?是一個高級的的編譯器指令，它允許開發(fā)者指定更更多的編譯檢查和一些高級的編譯期優(yōu)化。
分為三種：
函數(shù)屬性 （Function Attribute）
類型屬性 (Variable Attribute )
變量屬性 (Type Attribute )
語法結(jié)構(gòu)：
__attribute__?語法格式為：__attribute__ ((attribute-list))?
放在聲明分號“;”前面。
比如，在三方庫中最常見的，聲明一個屬性或者方法在當前版本棄用了
@property (strong,nonatomic)CLASSNAME * property __deprecated;
這樣的好處是：給開發(fā)者一個過渡的版本，讓開發(fā)者知道這個屬性被棄用了，應(yīng)當使用最新的API，但是被__deprecated的屬性仍然可以正常使用。如果直接棄用，會導(dǎo)致開發(fā)者在更新Pod的時候，代碼無法運行了。
__attribtue__的使用場景很多，本文只列舉iOS開發(fā)中常用的幾個：
//棄用API，用作API更新#define__deprecated __attribute__((deprecated))
//帶描述信息的棄用#define__deprecated_msg(_msg) __attribute__((deprecated(_msg)))
//遇到__unavailable的變量/方法，編譯器直接拋出Error#define__unavailable __attribute__((unavailable))
//告訴編譯器，即使這個變量/方法 沒被使用，也不要拋出警告#define__unused __attribute__((unused))
//和__unused相反#define__used __attribute__((used))
//如果不使用方法的返回值，進行警告#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警告處理
你一定還見過如下代碼：
#pragmaclang diagnostic push
#pragmaclang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"http:///代碼
#pragmaclang diagnostic pop
這段代碼的作用是
對當前編譯環(huán)境進行壓棧
忽略-Wundeclared-selector（未聲明的）Selector警告
編譯代碼
對編譯環(huán)境進行出棧
通過clang diagnostic push/pop,你可以靈活的控制代碼塊的編譯選項。
我在之前的一篇文章里，詳細的介紹了XCode的警告相關(guān)內(nèi)容。本文篇幅限制，就不詳細講解了。
預(yù)處理
所謂預(yù)處理，就是在編譯之前的處理。預(yù)處理能夠讓你定義編譯器變量，實現(xiàn)條件編譯。?
比如，這樣的代碼很常見
#ifdef DEBUG//...#else//...#endif
同樣，我們同樣也可以定義其他預(yù)處理變量,在XCode-選中Target-build settings中，搜索proprecess。然后點擊圖中藍色的加號，可以分別為debug和release兩種模式設(shè)置預(yù)處理宏。?
比如我們加上：TestServer，表示在這個宏中的代碼運行在測試服務(wù)器
然后，配合多個Target（右鍵Target，選擇Duplicate），單獨一個Target負責測試服務(wù)器。這樣我們就不用每次切換測試服務(wù)器都要修改代碼了。
#ifdef TESTMODE//測試服務(wù)器相關(guān)的代碼#else//生產(chǎn)服務(wù)器相關(guān)代碼#endif
插入腳本
通常，如果你使用CocoaPod來管理三方庫，那么你的Build Phase是這樣子的：
其中：[CP]開頭的，就是CocoaPod插入的腳本。
Check Pods Manifest.lock，用來檢查cocoapod管理的三方庫是否需要更新
Embed Pods Framework，運行腳本來鏈接三方庫的靜態(tài)/動態(tài)庫
Copy Pods Resources，運行腳本來拷貝三方庫的資源文件?
而這些配置信息都存儲在這個文件(.xcodeprog)里
到這里，CocoaPod的原理也就大致搞清楚了，通過修改xcodeproject，然后配置編譯期腳本，來保證三方庫能夠正確的編譯連接。
同樣，我們也可以插入自己的腳本，來做一些額外的事情。比如，每次進行archive的時候，我們都必須手動調(diào)整target的build版本，如果一不小心，就會忘記。這個過程，我們可以通過插入腳本自動化。
buildNumber=$(/usr/libexec/PlistBuddy -c "Print CFBundleVersion" "${PROJECT_DIR}/${INFOPLIST_FILE}")
buildNumber=$(($buildNumber + 1))
/usr/libexec/PlistBuddy -c "Set :CFBundleVersion$buildNumber" "${PROJECT_DIR}/${INFOPLIST_FILE}"
這段腳本其實很簡單，讀取當前pist的build版本號,然后對其加一，重新寫入。
使用起來也很簡單：
Xcode - 選中Target - 選中build phase?
選擇添加Run Script Phase
然后把這段腳本拷貝進去，并且勾選Run Script Only When installing，保證只有我們在安裝到設(shè)備上的時候，才會執(zhí)行這段腳本。重命名腳本的名字為Auto Increase build number
然后，拖動這個腳本的到Link Binary With Libraries下面
腳本編譯打包
腳本化編譯打包對于CI（持續(xù)集成）來說，十分有用。iOS開發(fā)中，編譯打包必備的兩個命令是：
//編譯成.appxcodebuild -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通過info命令，可以查看到詳細的文檔
info xcodebuild
提高項目編譯速度
通常，當項目很大，源代碼和三方庫引入很多的時候，我們會發(fā)現(xiàn)編譯的速度很慢。在了解了XCode的編譯過程后，我們可以從以下角度來優(yōu)化編譯速度：
查看編譯時間
我們需要一個途徑，能夠看到編譯的時間，這樣才能有個對比，知道我們的優(yōu)化究竟有沒有效果。?
對于XCode 8，關(guān)閉XCode，終端輸入以下指令：
$ defaults write com.apple.dt.Xcode ShowBuildOperationDuration YES
然后，重啟XCode，然后編譯，你會在這里看到編譯時間。
代碼層面的優(yōu)化
forward declaration
所謂forward declaration，就是@class CLASSNAME，而不是#import CLASSNAME.h。這樣，編譯器能大大提高#import的替換速度。
對常用的工具類進行打包（Framework/.a）
打包成Framework或者靜態(tài)庫，這樣編譯的時候這部分代碼就不需要重新編譯了。
常用頭文件放到預(yù)編譯文件里
XCode的pch文件是預(yù)編譯文件，這里的內(nèi)容在執(zhí)行XCode build之前就已經(jīng)被預(yù)編譯，并且引入到每一個.m文件里了。
編譯器選項優(yōu)化
Debug模式下，不生成dsym文件
上文提到了，dysm文件里存儲了調(diào)試信息，在Debug模式下，我們可以借助XCode和LLDB進行調(diào)試。所以，不需要生成額外的dsym文件來降低編譯速度。
Debug開啟Build Active Architecture Only
在XCode -> Build Settings -> Build Active Architecture Only 改為YES。這樣做，可以只編譯當前的版本，比如arm7/arm64等等，記得只開啟Debug模式。這個選項在高版本的XCode中自動開啟了。
Debug模式下，關(guān)閉編譯器優(yōu)化
編譯器優(yōu)化?
