image

前言

一般可以將編程語言分為兩種，編譯語言和直譯式語言。

像C++,Objective C都是編譯語言。編譯語言在執(zhí)行的時(shí)候，必須先通過編譯器生成機(jī)器碼，機(jī)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(shí)候通過一個(gè)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 + LLVM. 篇幅限制，本文只關(guān)注Objective C，因?yàn)樵砩洗笸‘悺?/p>

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(diǎn)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(gè)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(xiàng)目編譯速度

對于不想看我啰里八嗦講一大堆原理的同學(xué)，可以直接跳到本文的最后一個(gè)章節(jié)。

iOS編譯

Objective C采用Clang(swift采用swift)作為編譯器前端，LLVM(Low level vritual machine)作為編譯器后端。

簡單的編譯過程如圖

image

編譯器前端

編譯器前端的任務(wù)是進(jìn)行：語法分析，語義分析，生成中間代碼(intermediate representation )。在這個(gè)過程中，會進(jìn)行類型檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或者警告會標(biāo)注出來在哪一行。

image

編譯器后端

編譯器后端會進(jìn)行機(jī)器無關(guān)的代碼優(yōu)化，生成機(jī)器語言，并且進(jìn)行機(jī)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(jìn)行BitCode的生成，鏈接期優(yōu)化等等。

image

LLVM機(jī)器碼生成器會針對不同的架構(gòu)，比如arm64等生成不同的機(jī)器碼。

image

執(zhí)行一次XCode build的流程

當(dāng)你在XCode中，選擇build的時(shí)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;
}

</pre>

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(gè).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.c

</pre>

通過這個(gè)編譯的命令，我們可以看到

clang是實(shí)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(gè)也就是為什么你可以對單獨(dú)的一個(gè).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(xiàng)，通過這些你可以定制化編譯選項(xiàng)
-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(shí)現(xiàn)條件編譯
-iPhoneSimulator10.1.sdk 制定了編譯采用的iOS SDK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
-c ClassName.c 編譯文件
-o ClassName.o 編譯產(chǎn)物

</pre>

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(biāo)準(zhǔn)庫
創(chuàng)建.app文件和對其簽名

IPA包的內(nèi)容

例如，我們通過iTunes Store下載微信，然后獲得ipa安裝包，然后實(shí)際看看其安裝包的內(nèi)容。

image

右鍵ipa，重命名為.zip
雙擊zip文件，解壓縮后會得到一個(gè)文件夾。所以，ipa包就是一個(gè)普通的壓縮包。

image

右鍵圖中的WeChat，選擇顯示包內(nèi)容，然后就能夠看到實(shí)際的ipa包內(nèi)容了。

二進(jìn)制文件的內(nèi)容

通過XCode的Link Map File，我們可以窺探二進(jìn)制文件中布局。在XCode -> Build Settings -> 搜索map -> 開啟Write Link Map File

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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(rèn)的目錄在

~/Library/Developer/Xcode/DerivedData/<TARGET-NAME>-對應(yīng)ID/Build/Intermediates/<TARGET-NAME>.build/Debug-iphoneos/<TARGET-NAME>.build/

</pre>

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

</pre>

這個(gè)映射文件的主要包含以下部分：

Object files

這個(gè)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(gè)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(gè)區(qū)域提供了各個(gè)段（Segment）和節(jié)（Section）在可執(zhí)行文件中的位置和大小。這個(gè)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(gè)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(gè)位置正好是__stubs的位置0x100780D74。

Sections:

位置大小段節(jié)

Address Size Segment Section

0x1000021B0 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

</pre>

Symbols

Section部分將二進(jìn)制文件進(jìn)行了一級劃分。而，Symbols對Section中的各個(gè)段進(jìn)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

</pre>

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

</pre>

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]
....

</pre>

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

</pre>

然后，搜索這個(gè)地址0x100A4A248，就能找到ivar的存儲區(qū)域。

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

</pre>

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

</pre>

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(xiǎn)的事情。

dSYM 文件

我們在每次編譯過后，都會生成一個(gè)dsym文件。dsym文件中，存儲了16進(jìn)制的函數(shù)地址映射。

在App實(shí)際執(zhí)行的二進(jìn)制文件中，是通過地址來調(diào)用方法的。在App crash的時(shí)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

image

然后，

右鍵 -> 在finder中顯示。
右鍵 -> 查看包內(nèi)容。

關(guān)于如何用dsym文件來分析崩潰位置，可以查看我之前的一篇博客。

iOS 如何調(diào)試第三方統(tǒng)計(jì)到的崩潰報(bào)告^[1]

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(shí)候給出警告

</pre>

__attribtue__ 是一個(gè)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(gè)屬性或者方法在當(dāng)前版本棄用了

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

</pre>

這樣的好處是：給開發(fā)者一個(gè)過渡的版本，讓開發(fā)者知道這個(gè)屬性被棄用了，應(yīng)當(dāng)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(shí)候，代碼無法運(yùn)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(gè)：

//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(gè)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(jìn)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)))

</pre>

Clang警告處理

你一定還見過如下代碼：

pragma clang diagnostic push

pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"

///代碼

pragma clang diagnostic pop

</pre>

這段代碼的作用是

對當(dāng)前編譯環(huán)境進(jìn)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(jìn)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(xiàng)。

我在之前的一篇文章里，詳細(xì)的介紹了XCode的警告相關(guān)內(nèi)容。本文篇幅限制，就不詳細(xì)講解了。

iOS 合理利用Clang警告來提高代碼質(zhì)量^[2]

在這個(gè)鏈接，你可以找到所有的Clang warnings警告

fuckingclangwarnings

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(shí)現(xiàn)條件編譯。比如，這樣的代碼很常見

ifdef DEBUG

//...

else

//...

endif

</pre>

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(diǎn)擊圖中藍(lán)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(gè)宏中的代碼運(yùn)行在測試服務(wù)器

image

然后，配合多個(gè)Target（右鍵Target，選擇Duplicate），單獨(dú)一個(gè)Target負(fù)責(zé)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

</pre>

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：

image

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(yùn)行腳本來鏈接三方庫的靜態(tài)/動(dòng)態(tài)庫
Copy Pods Resources，運(yùn)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(gè)文件(.xcodeprog)里

image

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(jìn)行archive的時(shí)候，我們都必須手動(dòng)調(diào)整target的build版本，如果一不小心，就會忘記。這個(gè)過程，我們可以通過插入腳本自動(dòng)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}"

</pre>

這段腳本其實(shí)很簡單，讀取當(dāng)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

image

然后把這段腳本拷貝進(jìn)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(shí)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(dòng)這個(gè)腳本的到Link Binary With Libraries下面

image

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(gè)命令是：

//編譯成.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

通過info命令，可以查看到詳細(xì)的文檔
info xcodebuild

</pre>

完整的腳本^[3]，使用的時(shí)候，需要拷貝到工程的根目錄

提高項(xiàng)目編譯速度

通常，當(dāng)項(xiàng)目很大，源代碼和三方庫引入很多的時(shí)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(shí)間

我們需要一個(gè)途徑，能夠看到編譯的時(shí)間，這樣才能有個(gè)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

</pre>

然后，重啟XCode，然后編譯，你會在這里看到編譯時(shí)間。

image

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(jìn)行打包（Framework/.a）

打包成Framework或者靜態(tài)庫，這樣編譯的時(shí)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(gè).m文件里了。

編譯器選項(xiàng)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(jìn)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(dāng)前的版本，比如arm7/arm64等等，記得只開啟Debug模式。這個(gè)選項(xiàng)在高版本的XCode中自動(dòng)開啟了。

Debug模式下，關(guān)閉編譯器優(yōu)化

編譯器優(yōu)化

image

參考

[1]http://blog.csdn.net/hello_hwc/article/details/50036323
[2]http://blog.csdn.net/Hello_Hwc/article/details/46425503
[3]https://github.com/LeoMobileDeveloper/Blogs/blob/master/DemoProjects/Scripts/autoIPA.sh

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iOS編譯過程的原理和應(yīng)用

前言

iOS編譯

編譯器前端

編譯器后端

執(zhí)行一次XCode build的流程

IPA包的內(nèi)容

二進(jìn)制文件的內(nèi)容

Object files

Sections

Sections:

位置 大小 段 節(jié)

Address Size Segment Section

Symbols

Symbols:

Address Size File Name

dSYM 文件

那些你想到和想不到的應(yīng)用場景

****attribute****

define __deprecated attribute((deprecated))

define __deprecated_msg(_msg) attribute((deprecated(_msg)))

define __unavailable attribute((unavailable))

define __unused attribute((unused))

define __used attribute((used))

define __result_use_check attribute((warn_unused_result))

define __swift_unavailable(_msg) attribute((availability(swift, unavailable, message=_msg)))

Clang警告處理

pragma clang diagnostic push

pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"

pragma clang diagnostic pop

預(yù)處理

ifdef DEBUG

else

endif

ifdef TESTMODE

else

endif

插入腳本

腳本編譯打包

提高項(xiàng)目編譯速度

參考

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位置大小段節(jié)

attribute