一:編譯器
編譯器是什么已不用多說,一句話從代碼到機(jī)器碼就是編譯器的工作.
左邊輸入源碼,右邊輸出機(jī)器碼
Frontend表示前端,主要負(fù)責(zé)詞法分析鞋怀、語法分析、語義分析命锄、生成中間代碼.這時(shí)就會(huì)進(jìn)行各種檢查帮哈，會(huì)報(bào)錯(cuò)或者警告.
Optimizer表示優(yōu)化器,負(fù)責(zé)中間代碼的優(yōu)化,去除冗余代碼,優(yōu)化結(jié)構(gòu)
Backend表示后端,生成機(jī)器碼,并且進(jìn)行鏈接,也就是將不同的二進(jìn)制文件合并成一個(gè)可執(zhí)行文件.
1.LLVM
Xcode5之后完全使用LLVM作為編譯器.
LLVM也是上面說的那種Frontend -> Optimizer ->Backend架構(gòu).
不過LLVM路子很野,可以有很多個(gè)接口,也就是前端(Frontend),每一種前端對(duì)應(yīng)一種或多種語言,這些前端最終都會(huì)生成相同的中間代碼,叫做LLVM IR;
優(yōu)化器的從始至終只處理LLVM IR.
新增一個(gè)前端不需要對(duì)LLVM的優(yōu)化器進(jìn)行調(diào)整,只需要新增一個(gè)前端; 增加一個(gè)新的平臺(tái)只需要增加一個(gè)后端即可.
相比較而言,GCC就支持一個(gè)新的前端或者后端就要麻煩的多,原本的GCC家族(C,C++,OC),以及Java伴找、.NET芒粹、Python兄纺、Ruby等都可以使用LLVM編譯.
LLVM IR有3種表示形式,
存在內(nèi)存中.
存在硬盤中的.ll代碼文件,可以閱讀.
存在硬盤中的二進(jìn)制文件,擴(kuò)展名是.bc,也就是bitcode.
2.Clang
Clang就是一個(gè)LLVM前端,負(fù)責(zé)將C,C++,OC翻譯成LLVM IR.
Clang的工作內(nèi)容:
預(yù)處理, 去掉注釋,頭文件的引用關(guān)系,把宏定義對(duì)應(yīng)到各個(gè)位置
靜態(tài)分析,給出錯(cuò)誤信息,警告信息和修復(fù)方案
詞法分析,這里會(huì)把代碼切成一個(gè)個(gè) Token,括號(hào),符號(hào),關(guān)鍵字等等都被切割出來
語法分析,驗(yàn)證語法是否正確,將所有節(jié)點(diǎn)組成抽象語法樹AST
生成 LLVM IR, CodeGen會(huì)負(fù)責(zé)將語法樹自頂向下遍歷逐步翻譯成 LLVM IR
3.Swift
同樣LLVM中還需要一個(gè)前端負(fù)責(zé)對(duì) Swift 源代碼進(jìn)行靜態(tài)分析和糾錯(cuò)，并轉(zhuǎn)換為 LLVM IR,這個(gè)前端也叫swift.
不過swift比clang的過程要復(fù)雜一些,多了一個(gè)生成SIL的過程.
Swift的工作內(nèi)容:
導(dǎo)入Clang模塊并將它們導(dǎo)出的OC API 映射到相應(yīng)的 Swift API
解析生成AST
生成SIL,將經(jīng)過類型檢查的 AST 降級(jí)為 SIL
優(yōu)化SIL,為程序執(zhí)行額外的高級(jí) Swift 特定優(yōu)化化漆，包括自動(dòng)引用計(jì)數(shù)優(yōu)化估脆，虛擬化和通用專業(yè)化
將 SIL 降級(jí)到 LLVM IR
二.編譯流程
引用戴銘老師的例子走一遍,原文
1.編譯一個(gè)main.m
裝了Xcode就自帶LLVM,可以直接試一試.
創(chuàng)建一個(gè)項(xiàng)目,覆蓋main.m的代碼
#import <Foundation/Foundation.h>
#define DEFINEEight 8
#pragma 這是標(biāo)記
//這是注釋
int main(){
@autoreleasepool {
int eight = DEFINEEight;
int six = 6;
NSString* site = [[NSString alloc] initWithUTF8String:"starming"];
int rank = eight + six;
NSLog(@"%@ rank %d", site, rank);
}
return 0;
}
運(yùn)行:
clang -ccc-print-phases main.m
輸出:
+- 0: input, "main.m", objective-c
+- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output
+- 2: compiler, {1}, ir
+- 3: backend, {2}, assembler
+- 4: assembler, {3}, object
+- 5: linker, {4}, image
6: bind-arch, "arm64", {5}, image
第0步引入文件
第1步預(yù)編譯,輸出c++文件
第2步編譯為L(zhǎng)LVM IR文件
第3步輸出匯編文件
第4步輸出二進(jìn)制文件
第5步鏈接各二進(jìn)制文件
第6步根據(jù)架構(gòu)輸出對(duì)應(yīng)可執(zhí)行文件
執(zhí)行:
clang -E main.m
輸出了非常多的東西,因?yàn)閷?dǎo)入了foundation,先看最后幾行
# 1 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Headers/FoundationLegacySwiftCompatibility.h" 1 3
# 187 "/Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/SDKs/MacOSX.sdk/System/Library/Frameworks/Foundation.framework/Headers/Foundation.h" 2 3
# 22 "main.m" 2
#pragma 這是標(biāo)記
int main(){
@autoreleasepool {
int eight = 8;
int six = 6;
NSString* site = [[NSString alloc] initWithUTF8String:"starming"];
int rank = eight + six;
NSLog(@"%@ rank %d", site, rank);
}
return 0;
}
除了foundation,還可以看到DEFINEEight被替換成了8,注釋沒了,但是#pragma還在
所以預(yù)編譯就做了這些事:導(dǎo)入文件,去除注釋,替換宏定義.
這一步會(huì)生成main.cpp文件,在main.m的同一路徑.幾萬行代碼,在最后可以找到替換為C++的main函數(shù)
int main(){
/* @autoreleasepool */ { __AtAutoreleasePool __autoreleasepool;
int eight = 8;
int six = 6;
NSString* site = ((NSString * _Nullable (*)(id, SEL, const char * _Nonnull))(void *)objc_msgSend)((id)((NSString *(*)(id, SEL))(void *)objc_msgSend)((id)objc_getClass("NSString"), sel_registerName("alloc")), sel_registerName("initWithUTF8String:"), (const char *)"starming");
int rank = eight + six;
NSLog((NSString *)&__NSConstantStringImpl__var_folders_y4_681pp9bd3c31j1_m0jqnt4h00000gn_T_main_3eda9c_mi_0, site, rank);
}
return 0;
}
接下來是詞法分析
執(zhí)行:
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
輸出
annot_module_include '#import <Foundation/Foundation.h>
#define DEFINEEight 8
#pragma 這是標(biāo)記
//這是注釋
int main(){
@autoreleasepool {
int eight = DEFINEEight;
int six = 6;
NSString* site = [[NSString alloc] initWithUTF8String:"starming"];
int rank = eight + six;
NSLog(@"%@ rank %d", site, rank);
}
return 0;
}
@???W?\?V?A?`' Loc=<main.m:21:1>
int 'int' [StartOfLine] Loc=<main.m:26:1>
identifier 'main' [LeadingSpace] Loc=<main.m:26:5>
l_paren '(' Loc=<main.m:26:9>
r_paren ')' Loc=<main.m:26:10>
l_brace '{' Loc=<main.m:26:11>
at '@' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:27:5>
identifier 'autoreleasepool' Loc=<main.m:27:6>
l_brace '{' [LeadingSpace] Loc=<main.m:27:22>
int 'int' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:28:9>
identifier 'eight' [LeadingSpace] Loc=<main.m:28:13>
equal '=' [LeadingSpace] Loc=<main.m:28:19>
numeric_constant '8' [LeadingSpace] Loc=<main.m:28:21 <Spelling=main.m:22:21>>
semi ';' Loc=<main.m:28:32>
int 'int' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:29:9>
identifier 'six' [LeadingSpace] Loc=<main.m:29:13>
equal '=' [LeadingSpace] Loc=<main.m:29:17>
numeric_constant '6' [LeadingSpace] Loc=<main.m:29:19>
semi ';' Loc=<main.m:29:20>
identifier 'NSString' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:9>
star '*' Loc=<main.m:30:17>
identifier 'site' [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:19>
equal '=' [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:24>
l_square '[' [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:26>
l_square '[' Loc=<main.m:30:27>
identifier 'NSString' Loc=<main.m:30:28>
identifier 'alloc' [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:37>
r_square ']' Loc=<main.m:30:42>
identifier 'initWithUTF8String' [LeadingSpace] Loc=<main.m:30:44>
colon ':' Loc=<main.m:30:62>
string_literal '"starming"' Loc=<main.m:30:63>
r_square ']' Loc=<main.m:30:73>
semi ';' Loc=<main.m:30:74>
int 'int' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:9>
identifier 'rank' [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:13>
equal '=' [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:18>
identifier 'eight' [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:20>
plus '+' [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:26>
identifier 'six' [LeadingSpace] Loc=<main.m:31:28>
semi ';' Loc=<main.m:31:31>
identifier 'NSLog' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:32:9>
l_paren '(' Loc=<main.m:32:14>
at '@' Loc=<main.m:32:15>
string_literal '"%@ rank %d"' Loc=<main.m:32:16>
comma ',' Loc=<main.m:32:28>
identifier 'site' [LeadingSpace] Loc=<main.m:32:30>
comma ',' Loc=<main.m:32:34>
identifier 'rank' [LeadingSpace] Loc=<main.m:32:36>
r_paren ')' Loc=<main.m:32:40>
semi ';' Loc=<main.m:32:41>
r_brace '}' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:33:5>
return 'return' [StartOfLine] [LeadingSpace] Loc=<main.m:34:5>
numeric_constant '0' [LeadingSpace] Loc=<main.m:34:12>
semi ';' Loc=<main.m:34:13>
r_brace '}' [StartOfLine] Loc=<main.m:35:1>
eof '' Loc=<main.m:35:2>
可以看出詞法分析只需要處理main.m中的代碼,把所有的字符串,符號(hào),括號(hào)都拆分開,拆出來的每一個(gè)部分,叫做token.
在接下來是語法分析
執(zhí)行:
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
輸出
-FunctionDecl 0x15ab12390 <line:26:1, line:35:1> line:26:5 main 'int ()'
`-CompoundStmt 0x15b026d48 <col:11, line:35:1>
|-ObjCAutoreleasePoolStmt 0x15b026d00 <line:27:5, line:33:5>
| `-CompoundStmt 0x15b026cc8 <line:27:22, line:33:5>
| |-DeclStmt 0x15ab12530 <line:28:9, col:32>
| | `-VarDecl 0x15ab124a8 <col:9, line:22:21> line:28:13 used eight 'int' cinit
| | `-IntegerLiteral 0x15ab12510 <line:22:21> 'int' 8
| |-DeclStmt 0x15ab4e6f8 <line:29:9, col:20>
| | `-VarDecl 0x15ab12560 <col:9, col:19> col:13 used six 'int' cinit
| | `-IntegerLiteral 0x15ab125c8 <col:19> 'int' 6
| |-DeclStmt 0x15b024be8 <line:30:9, col:74>
| | `-VarDecl 0x15ab4e750 <col:9, col:73> col:19 used site 'NSString *' cinit
| | `-ObjCMessageExpr 0x15ab50b90 <col:26, col:73> 'NSString * _Nullable':'NSString *' selector=initWithUTF8String:
| | |-ObjCMessageExpr 0x15ab4eb58 <col:27, col:42> 'NSString *' selector=alloc class='NSString'
| | `-ImplicitCastExpr 0x15ab50b78 <col:63> 'const char * _Nonnull':'const char *' <NoOp>
| | `-ImplicitCastExpr 0x15ab50b60 <col:63> 'char *' <ArrayToPointerDecay>
| | `-StringLiteral 0x15ab4ebc8 <col:63> 'char [9]' lvalue "starming"
| |-DeclStmt 0x15b0252a8 <line:31:9, col:31>
| | `-VarDecl 0x15b024c18 <col:9, col:28> col:13 used rank 'int' cinit
| | `-BinaryOperator 0x15b024d20 <col:20, col:28> 'int' '+'
| | |-ImplicitCastExpr 0x15b024cf0 <col:20> 'int' <LValueToRValue>
| | | `-DeclRefExpr 0x15b024c80 <col:20> 'int' lvalue Var 0x15ab124a8 'eight' 'int'
| | `-ImplicitCastExpr 0x15b024d08 <col:28> 'int' <LValueToRValue>
| | `-DeclRefExpr 0x15b024cb8 <col:28> 'int' lvalue Var 0x15ab12560 'six' 'int'
| `-CallExpr 0x15b026c48 <line:32:9, col:40> 'void'
| |-ImplicitCastExpr 0x15b026c30 <col:9> 'void (*)(id, ...)' <FunctionToPointerDecay>
| | `-DeclRefExpr 0x15b0252c0 <col:9> 'void (id, ...)' Function 0x15b024d48 'NSLog' 'void (id, ...)'
| |-ImplicitCastExpr 0x15b026c80 <col:15, col:16> 'id':'id' <BitCast>
| | `-ObjCStringLiteral 0x15b025340 <col:15, col:16> 'NSString *'
| | `-StringLiteral 0x15b025318 <col:16> 'char [11]' lvalue "%@ rank %d"
| |-ImplicitCastExpr 0x15b026c98 <col:30> 'NSString *' <LValueToRValue>
| | `-DeclRefExpr 0x15b025360 <col:30> 'NSString *' lvalue Var 0x15ab4e750 'site' 'NSString *'
| `-ImplicitCastExpr 0x15b026cb0 <col:36> 'int' <LValueToRValue>
| `-DeclRefExpr 0x15b025398 <col:36> 'int' lvalue Var 0x15b024c18 'rank' 'int'
`-ReturnStmt 0x15b026d38 <line:34:5, col:12>
`-IntegerLiteral 0x15b026d18 <col:12> 'int' 0
這一步會(huì)檢查語法的正確性,給出警告,報(bào)錯(cuò),以及修改建議.生成的內(nèi)容叫做抽象語法樹AST.
生成AST之后就可以開始生成IR代碼了
執(zhí)行:
clang -O3 -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
輸出main.ll文件,路徑和main.m相同,是可讀的.
這里"-O3"是LLVM的優(yōu)化策略,有-O1，-O3座云，-Os,也可以不設(shè)置.
如果設(shè)置了bitcode,還可以進(jìn)一步優(yōu)化.
接下來生成匯編
clang -S -fobjc-arc main.m -o main.s
生成目標(biāo)文件
clang -fmodules -c main.m -o main.o
生成可執(zhí)行文件并執(zhí)行
clang main.o -o main
./main
輸出
starming rank 14
2.從Xcode觀察編譯過程
這里的過程可以在buildsetting,Build Phases 和 Build Rules中進(jìn)行配置
首先是預(yù)編譯,可以看到new build system等內(nèi)容.
然后是編譯cocoapods的targets,包括創(chuàng)建framework(cocoapods使用use framework),copy頭文件,以及編譯.m文件
接下來是主target,其實(shí)是與cocoapods的targes一致的,這一步主target也會(huì)被打包成framework.
也是拷貝.h文件,編譯swift文件,編譯.m文件,編譯xib文件,拷貝資源文件,
接下來執(zhí)行cocoapods腳本,Build Phases的腳本.
最后拷貝swift標(biāo)準(zhǔn)庫以及簽名.
每一個(gè)都可以點(diǎn)開詳情.
比如編譯.m文件可以看到clang信息,這些基本是可以在build setting中進(jìn)行配置的.
前面是CompileC任務(wù)描述
然后是切換路徑
最后clang -x objective-c -target x86_64-apple-ios12.0-simulator ...就是編譯的命令
- 編譯的流程
1.處理文件信息
2.執(zhí)行CocoaPod編譯前腳本
3.編譯.m文件(h文件是不需要編譯的),執(zhí)行clang命令
4.鏈接framework
5.拷貝和編譯xib,bundle文件
6.編譯 ImageAssets
7.處理 info.plist
8.執(zhí)行CocoaPod腳本
9.拷貝Swift標(biāo)準(zhǔn)庫
10.創(chuàng)建.app文件和簽名
3.配置編譯選項(xiàng)
Build settings設(shè)置在build的過程中各個(gè)階段的選項(xiàng),clang的配置就屬于這個(gè)范圍.
Build Phases構(gòu)建可執(zhí)行文件的規(guī)則,指定 target 的依賴項(xiàng)目,指定在target build之前需要先build的依賴.
在Compile Source中指定必須編譯的文件,這些文件同樣會(huì)根據(jù)Build Setting和Build Rules里的設(shè)置來處理.
在Link Binary With Libraries里會(huì)列出所有的靜態(tài)庫和動(dòng)態(tài)庫,它們會(huì)和編譯生成的目標(biāo)文件鏈接.
把靜態(tài)資源拷貝到bundle里.
另外還可以通過在build phases里添加自定義腳本來做些事情,比如像CocoaPods所做的那樣.Build Rules指定不同文件類型如何編譯,每條build rule指定了該類型如何處理以及輸出在哪,可以增加新規(guī)則對(duì)特定文件類型添加處理方法.
上面這些都是在Xcode UI中可視化的,這些信息最終需要以文件的格式保存下來,那就是.pbxproj文件,
路徑在[項(xiàng)目名稱].xcodeproj包里的project.pbxproj.
打開這個(gè)文件,在最后一行有一個(gè)
rootObject = F7036F002511EC050031CE83 /* Project object */;
搜索這個(gè)rootObject ID,可以找到PBXProject section,
這個(gè)文件就是以section為單位描述配置.
/* Begin PBXProject section */
F7036F002511EC050031CE83 /* Project object */ = {
isa = PBXProject;
attributes = {
CLASSPREFIX = XX;
LastUpgradeCheck = 1310;
ORGANIZATIONNAME = XXXX;
TargetAttributes = {
F7036F072511EC050031CE83 = {
CreatedOnToolsVersion = 11.6;
LastSwiftMigration = 1240;
};
};
};
...
這PBXProject section里找到target
targets = (
F7036F072511EC050031CE83 /* XXXXX */,
);
再搜索這個(gè)ID,就可以找到更多配置,這個(gè).pbxproj文件就是以這種id索引的方式進(jìn)行記錄和查找.
比如繼續(xù)順著這個(gè)ID,可以找到更多的定義,可以看到buildPhases,buildConfiguration.
再順著找可以看到cocoapods, copy resource等等定義.
/* Begin PBXNativeTarget section */
F7036F072511EC050031CE83 /* XXXXX */ = {
isa = PBXNativeTarget;
buildConfigurationList = F7036F212511EC080031CE83 /* Build configuration list for PBXNativeTarget "XXXXX" */;
buildPhases = (
2E9C3A1138A1AED934114EBC /* [CP] Check Pods Manifest.lock */,
F7036F042511EC050031CE83 /* Sources */,
F7036F052511EC050031CE83 /* Frameworks */,
F7036F062511EC050031CE83 /* Resources */,
34DB7EF940E3C9401AD2798F /* [CP] Embed Pods Frameworks */,
25DB3E569FEFB4DC91CF364D /* [CP] Copy Pods Resources */,
);
...
