戴铭（iOS开发课）读书笔记：0506章节-编译提速

原文链接：链接器：符号是怎么绑定到地址上的？
原文链接：App 如何通过注入动态库的方式实现极速编译调试？

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05 章节 链接器：符号是怎么绑定到地址上的？

这篇文章主要介绍链接器的相关知识，从底层找答案，解决项目编译速度的问题。
由于理论知识为主，我只是把相关的知识点做总结梳理，方便自己记忆和学习，如果想要看完整的内容还需阅读原文。

一、iOS 为什么使用编译器？而不是解释器？

编译器就是将“一种语言（通常为高级语言）”翻译为“另一种语言（通常为低级语言）”的程序。

一个现代编译器的主要工作流程：源代码 (source code) → 预处理器 (preprocessor) → 编译器 (compiler) → 目标代码 (object code) → 链接器(Linker) → 可执行程序 (executables)

例如 C、C++、Objective-C甚至汇编语言都是上面所提到的高级语言。

iOS之所以不使用解释器来运行代码，是因为苹果公司希望iPhone的执行效率更高、运行速度更快。

那么什么是解释器呢？

解释器（英语：Interpreter），又译为直译器，是一种电脑程序，能够把高级编程语言一行一行直接转译运行。解释器不会一次把整个程序转译出来，只像一位“中间人”，每次运行程序时都要先转成另一种语言再作运行，因此解释器的程序运行速度比较缓慢。它每转译一行程序叙述就立刻运行，然后再转译下一行，再运行，如此不停地进行下去。

例如：Python、TCL和各种Shell程序一般而言是使用解释器执行的

那么，使用编译器和解释器执行代码的特点概括：

• 采用编译器生成机器码执行的好处是效率高，缺点是调试周期长。
• 解释器执行的好处是编译调试方便，缺点是执行效率低。

编译器和解释器对比

二、iOS开发使用的什么编译器？编译过程如何？

苹果公司现在使用的编译器是 LLVM（Xcode 5 之前使用的 GCC）。

编译的主要过程：
1 LLVM 预处理你的代码，比如把宏嵌入到对应的位置。
2 预处理后，LLVM 会对代码进行词法分析和语法分析，生成 AST 抽象语法树。
3 最后 AST 会生成一种更接近机器码的语言 IR。通过 IR 可以生成多份适合不同平台的机器码。对于 iOS 系统，IR 生成的可执行文件就是 Mach-O。

编译的主要过程

三、iOS系统的链接器？编译时链接器做了什么？

LLVM 其实是编译器工具链技术的一个集合。其中的 lld 项目就是内置链接器。

链接器的作用是完成变量、函数符号和其地址绑定的任务。

不使用链接器会怎么样？

不使用链接器的话，首先你就需要在写代码时给每个指令设好内存地址，就好像直接在和不同平台的机器沟通，可读性和可维护性很差。其次这会导致代码和内存地址绑定得太早，也就是说你需要针对不同的平台写多份代码，何必呢？

链接器为什么要把项目中的多个 Mach-O 文件合并成一个？

因为单个文件的 Mach-O 文件是无法正常运行的，如果运行时碰到调用在其他文件中实现的函数的情况时，就会找不到这个调用函数的地址，从而无法继续执行。

最后总结一下链接器对代码主要做了哪几件事：
1 去项目文件里查找目标代码文件里没有定义的变量。
2 扫描项目中的不同文件，将所有符号定义和引用地址收集起来，并放到全局符号表中。
3 计算合并后长度及位置，生成同类型的段惊醒合并，建立绑定。
4 对项目中的不同文件里的变量进行机制地址重定位。
而且，链接器可以通过打开 Dead code stripping 开关，来开启自动去除无用代码的功能。

四、动态库链接

在真实的开发环境中，我们需要用到很多现成的共用库（例如 GUI 框架、网络框架等），这些共用库又分为静态库和动态库两种：

• 静态库是编译时链接到你的 Mach-O 文件的，无法动态加载和更新。
• 动态库是运行时链接的库，并没有参与 Mach-O 文件的编译和链接。使用 dyld 可以实现动态加载。

关于 dyld 的具体作用，你可以查看 原文 或者这篇博客：Dynamic Linking On OS X

简单总结，dyld 做了什么：
1 先执行 Mach-O 文件，根据 Mach-O 文件里的 undefined 的符号加载对应的动态库，系统会设置一个共享缓存来解决加载的递归依赖问题。
2 加载后，将 undefined 的符号绑定到动态库里对应的地址上。
3 最后再处理 +load 方法，main函数返回后运行 static terminator。

五、最后

理解了程序从编译、链接、执行、动态库加载到main函数执行的过程，再分阶段的思考和优化。

编译阶段：每个文件独立编译成 Mach-O 文件等待链接。那么编译器可以根据你修改的文件范围来减少编译，从而提高每次编译的速度。

链接阶段：文件越多，链接器所需执行的遍历操作就会越多，从而降低编译速度。

动态库加载阶段：在修改代码之后，尝试不去链接项目中的所有文件，只编译当前修改的文件动态库，通过运行时加载动态库的方式达到及时更新的效果。甚至通过逆向的思维，直接将别人的功能模块作为动态库加载到自己的app中。

06 章节 App 如何通过注入动态库的方式实现极速编译调试？

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这个章节就是对于上篇文章，在最后的 动态库加载阶段 通过注入动态库的方式实现极速编译。

原文主要介绍了一款名为 Injection for Xcode 的开源工具的使用和原理。

开源地址：https://github.com/johnno1962/InjectionIII
同时我也找到了作者发布的视频演示案例：http://artsy.github.io/blog/2016/03/05/iOS-Code-Injection/

你可以快速尝试：
1 在App Store下载InjectionIII。
2 打开Injectionlll，选择打开项目的根目录。
3 在项目 AppDelegate 的 applicationDidFinishLaunching(_ application: UIApplication) 加入下面代码：

#if DEBUG
Bundle(path: "/Applications/InjectionIII.app/Contents/Resources/iOSInjection.bundle")?.load()
#endif

Xcode 10.1:

#if DEBUG
Bundle(path: "/Applications/InjectionIII.app/Contents/Resources/iOSInjection10.bundle")?.load()
#endif

4 在需要变更的控制器中添加监听

NotificationCenter.default.addObserver(self, selector: #selector(ViewController.injected(_:)), name: Notification.Name(rawValue: "INJECTION_BUNDLE_NOTIFICATION"), object: nil)

5 实现 injected: 方法，你可以在这里修改代码：

@objc func injected(_ notification: NSNotification) {
    // to do ...
}

接下来，你的每次 command + s 都可以触发 injection watching了。

最后分享一张 Injection 的工作原理图，帮助大家理解。

这部分的内容太过于底层了，需要大量的时间去消化和理解。先做到了解相关的知识，以后有时间再慢慢消化。