iOS编译与app启动

iOS编译

当一个xcode工程build之后一般会执行如下几个步骤：

• 预处理
• 语法和语义分析
• 生成代码和优化
• 汇编
• 链接

iOS编译采用Clang作为编译器前端，LLVM作为编译器后端。流程如下

编译过程.png

Clang的任务：预处理、词法分析、语法分析、语义分析、静态分析、生成中间代码。
预处理：以#开头的代码预处理。包括引入的头文件和自定义宏。
词法分析：每一个.m源文件的声明和定义从string转化为特殊的标记流。
语法分析：将标记流解析成一颗抽象语法树（ abstract syntax tree-AST）。
静态分析：包含类型检查和其他检查。
中间代码生成：生成LLVM代码。

Clang过程.png

LLVM的任务：将代码进行优化并产生汇编代码。
汇编器：将可读的汇编代码转换为机器代码，最终创建一个目标对象.o文件。
链接器的任务：把目标文件和库相连，最终输出可运行文件：a.out。

Mach-O

Mach-O是针对不同运行时可执行文件的类型。
文件类型：

• Exectuable: 应用的主要二进制
• Dylib: 动态链接库
• Bundle: 不能被链接的Dylib，只能在运行时使用dlopen()加载

Mach-O镜像文件
所有Mach-O(可使用MachOView工具查看)都包含：__TEXT, __DATA, __LINKEDIT:

• __TEXT 包含Mach header, 被执行的代码和只读常量。
• __DATA 包含全局变量，静态变量。可读写。
• __LINKEDIT 包含加载程序的元数据，比如函数的名称和地址。

app启动

当用户点击一个app，app从启动到打开第一个页面的时间 t = t1 + t2，其中t1 = 系统dylib和自身app可执行文件（app中所有.o文件的集合）的加载，t2为main函数到appdelegate中的- (BOOL)Application:(UIApplication *)Application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions 方法执行结束这段时间。

app启动后，先加载可执行文件，再使用dyld(动态链接器)动态递归加载dylib（系统的framework，oc runtime的libobjc，系统级别的libSystem）。由于dylib是共享的，所以可以减少app包的体积。

dylib加载过程

1. load dylibs image
2. Rebase image
3. Bind image
4. Objc setup
5. initializers

Rebase/Bind是用来修复image中的资源指针，使其指向正确的地址（因为iamge是加载在虚拟内存中（ASLR））

Objc setup工作

• 注册Objc类
• 把category定义插入方法列表
• 保证每一个selector唯一

initializers
前面三步是静态调整，修改__DATA segment内容。这里开始动态调整，开始在堆栈中写入内容。

main()之前的加载时间

它可以通过以下方式来显示。

launch time.png

结果如下：

pre-main time.png

main()调用之后的加载时间

1. 准备阶段，主要是图片的解码
2. 布局阶段，-(void)layoutSubViews()
3. 绘制阶段，-(void)drawRect:(CGRect)rect
4. 启动阶段必要服务的启动、必要数据的创建和读取。

优化启动时间

• 内嵌的dylib尽可能少，或者合并起来。
• Rebase/Binding减少__DATA中需要修正的指针。 对于oc来说减少 class, selector, category 这些元数据的数量，对与c++来说，减少虚函数数量。swift结构体需要修正的比较少。
• 将不必须在+load中做的事延迟到+ initialize中。
• 不使用xib，直接用代码加载首页视图。
• release版不要用NSLog输出。
• 启动时的网络请求尽可能异步。

参考链接

趣探 Mach-O：文件格式分析
优化 App 的启动时间
Mach-O 可执行文件
编译器