iOS开发你不知道的事-编译&链接

对于平常的应用程序开发，我们很少需要关注 编译 和 链接 过程。我们平常 Xcode 开发就是集成的的开发环境 （IDE） ,这样的IDE一般都将 编译 和 链接 的过程一步完成，通常将这种 编译 和 链接 合并在一起的过程称为 构建 ，即使使用命令行来编译一个源代码文件,简单的一句 gcc hello.c 命令就包含了非常复杂的过程!

正是因为集成开发环境的强大，很多系统软件的 运行机制与机理 被掩盖，其程序的很多莫名其妙的错误让我们无所适从，面对程序运行时种种性能瓶颈我们束手无策。我们看到的是这些问题的现象，但是却很难看清本质，所有这些问题的本质就是 软件运行背后的机理及支撑软件运行的各种平台和工具 ，如果能深入了解这些机制，那么解决这些问题就能够游刃有余。

编译流程分析

现在我们通过一个 C语言 的经典例子，来具体了解一下这些机制：

#include <stdio.h>
int main(){
    printf("Hello World");
    return 0;
}
复制代码

在 linux 下只需要一个简单的命令（假设源代码文件名为hello.c）：

$ gcc hello.c
$ ./a.out
Hello World
复制代码

其实上述过程可以分解为四步:

• 预处理（Prepressing）
• 编译（Compilation）
• 汇编（Assembly）
• 链接（Linking）

预编译

首先是源代码文件 hello.c 和相关的头文件（如 stdio.h 等）被预编译器 cpp 预编译成一个 .i 文件。第一步预编译的过程相当于如下命令（-E 表示只进行预编译）：

$ gcc –E hello.c –o hello.i
复制代码

还可以下面的表达

$ cpp hello.c > hello.i
复制代码

预编译过程主要处理源代码文件中以”#”开头的预编译指令。比如 #include、#define 等，主要处理规则如下：

• 将所有的 #define 删除，并展开所有的宏定义
• 处理所有条件预编译指令，比如 #if，#ifdef，#elif，#else，#endif
• 处理 #include 预编译指令，将被包含的文件插入到该预编译指令的位置。
• 删除所有的注释 // 和 /**/
• 添加行号和文件名标识，比如 #2 “hello.c” 2。
• 保留所有的 #pragma 编译器指令

截图个大家看看效果

经过预编译后的文件 （.i文件） 不包含任何宏定义，因为所有的宏已经被展开，并且包含的文件也已经插入到 .i文件 中，所以当我们无法判断宏定义是否正确或头文件包含是否正确时，可以查看预编译后的文件来确定问题。

编译（compliation）

编译过程就是把预处理完的文件进行一系列的： 词法分析 、 语法分析 、 语义分析 及 优化后生产相应的汇编代码文件 ，此过程是整个程序构建的核心部分，也是最复杂的部分之一。其编译过程相当于如下命令：

$ gcc –S hello.i –o hello.s
复制代码

.

汇编（assembly）

汇编器是将汇编代码转变成机器可以执行的指令，每一个汇编语句几乎对应一条机器令。 所以汇编器的汇编过程相对于编译器来讲比较简单，它没复杂的语法，也没有语义，也不需要做指令优化，只是根据汇编指令和机器指令的对照表一一翻译就可以了。其汇编过程相当于如下命令：

as hello.s –o hello.o
复制代码

或者

gcc –c hello.s –o hello.o
复制代码

或者使用 gcc 命令从 C源代码文件 开始，经过预编译、编译和汇编直接输出目标文件：

gcc –c hello.c –o hello.o
复制代码

链接（linking）

链接通常是一个让人比较费解的过程，为什么汇编器不直接输出可执行文件而是输出一个目标文件呢？为什么要链接？下面让我们来看看怎么样调用 ld 才可以产生一个能够正常运行的 Hello World 程序：

注意默认情况没有gcc / 记得 ：
$ brew install gcc
复制代码

链接相应的库

下面在贴出我们的写出的源代码是如何变成目标代码的流程图：

主要通过我们的编译器做了以下任务： 扫描、语法分析、语义分析、源代码优化、代码生成和目标代码优化

到这我们就可以得到以下的文件，不知道你是否有和我一起操作，玩得感觉还是不错，继续往下面看

iOS的编译器

iOS现在为了达到更牛逼的速度和优化效果，采用了 LLVM

LLVM采用三相设计，前端Clang负责解析，验证和诊断输入代码中的错误，然后将解析的代码转换为LLVM IR，后端LLVM编译把IR通过一系列改进代码的分析和优化过程提供，然后被发送到代码生成器以生成本机机器代码。

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。

以上图解内容所做的是事情和 gcc 编译一模模一样样！

iOS程序-详细编译过程

• 1.写入辅助文件：将项目的文件结构对应表、将要执行的脚本、项目依赖库的文件结构对应表写成文件，方便后面使用；并且创建一个 .app 包，后面编译后的文件都会被放入包中；
• 2.运行预设脚本： Cocoapods 会预设一些脚本，当然你也可以自己预设一些脚本来运行。这些脚本都在 Build Phases 中可以看到；
• 3.编译文件：针对每一个文件进行编译，生成可执行文件 Mach-O ，这过程 LLVM 的完整流程，前端、优化器、后端；
• 4.链接文件：将项目中的多个可执行文件合并成一个文件；
• 5.拷贝资源文件：将项目中的资源文件拷贝到目标包；
• 6.编译 storyboard 文件： storyboard 文件也是会被编译的；
• 7.链接 storyboard 文件：将编译后的 storyboard 文件链接成一个文件；
• 8.编译 Asset 文件：我们的图片如果使用 Assets.xcassets 来管理图片，那么这些图片将会被编译成机器码，除了 icon 和 launchImage ；
• 9.运行 Cocoapods 脚本：将在编译项目之前已经编译好的依赖库和相关资源拷贝到包中。
• 10.生成 .app 包
• 11.将 Swift 标准库拷贝到包中
• 12.对包进行签名
• 13.完成打包

编译过程的确是个比较复杂的过程，还有链接！并不是说难就不需要掌握，我个人建议每一个进阶路上iOS开发人员，都是要了解一下的。不需要你多么牛逼，但是你能在平时的交流讨论，面试中能点出一个两个相应的点，我相信绝对是逼格满满！