swift 进阶：了解swift的编译流程

swift 进阶之路：学习大纲

前言

• 这篇开始进入swift进阶探索啦！通过查看源码的方式剖析swift的底层原理，这篇主要简单的讲了swift的编译流程。
• 探索底层的源码，需要经过一系列的编译，源码编译流程是一样的。这里推荐两位同学的源码编译的文章可供参考：
  • swift进阶一：源码编译
  • Swift-进阶 01：Swift源码编译

Swift编译简介

我们先来看⼀段简单的代码，下⾯这段代码中我们创建了⼀个 LGPerson 的类，并通过默认的初始化 器，创建了⼀个实例对象赋值给了 t 。

 class LGPerson{ 
    var age: Int = 18 
    var name: String = "Kody" 
 }
  let t = LGPerson()

接下来我们想要研究的是，这个默认的初始化器到底做了⼀个什么样的操作？这⾥我们引⼊ SIL (Swift intermediate language) ，再来阅读 SIL 的代码之前，我们先来了解⼀下什么是 SIL 。

iOS开发的语⾔不管是 OC 还是 Swift 后端都是通过 LLVM 进⾏编译的，有关llvm的基础知识，可以看看这个iOS 底层探索：LLVM入门

如下图所示：

可以看到：

• OC 通过 clang 编译器，编译成IR，然后再⽣成可执⾏⽂件.o(这⾥也就是我们的机器码)
• Swift 则是通过 Swift编译器 编译成IR，然后在⽣成可执⾏⽂件。

我们再来看⼀下，⼀个swift ⽂件的编译过程都经历了哪些步骤：

swift 在编译过程中使⽤的前端编译器是 swiftc ，和我们之前在 OC 中使⽤的 Clang 是有所区别的。
我 们可以通过如下命令查看 swiftc 都能做什么样的事情： 打开终端，输入swiftc -h，查看语法命令:

  -dump-ast             语法和类型检查，打印AST语法树
  -dump-parse           语法检查，打印AST语法树
  -dump-pcm             转储有关预编译Clang模块的调试信息
  -dump-scope-maps 
                         Parse and type-check input file(s) and dump the scope map(s)
  -dump-type-info        Output YAML dump of fixed-size types from all imported modules
  -dump-type-refinement-contexts
                         Type-check input file(s) and dump type refinement contexts(s)
  -emit-assembly         Emit assembly file(s) (-S)
  -emit-bc               输出一个LLVM的BC文件
  -emit-executable       输出一个可执行文件
  -emit-imported-modules 展示导入的模块列表
  -emit-ir               展示IR中间代码
  -emit-library          输出一个dylib动态库
  -emit-object           输出一个.o机器文件
  -emit-pcm              Emit a precompiled Clang module from a module map
  -emit-sibgen           输出一个.sib的原始SIL文件
  -emit-sib              输出一个.sib的标准SIL文件
  -emit-silgen           展示原始SIL文件
  -emit-sil              展示标准的SIL文件
  -index-file            为源文件生成索引数据
  -parse                 解析文件
  -print-ast             解析文件并打印（漂亮/简洁的）语法树
  -resolve-imports       解析import导入的文件
  -typecheck             检查文件类型

举例：

class LGPerson {
   var age: Int = 18
   var name: String = "Kody"
}

let t = LGPerson()

将打印结果，输出为文档的命令：

命令语句后 +  `>> ./XXX && open XXX`

// 命令语句： swiftc -emit-sil LGPerson.swift
// 输出文件： >> ./LGPerson.sil
// 打开文件： open LGPerson.sil
例如: swiftc -emit-sil LGPerson.swift >> ./LGPerson.sil && open LGPerson.sil

另一个相同命令：

命令语句后 + ` | col -b > XXX`
// 命令语句为：`swiftc -print-ast LGPerson.swift`
// 输出文档为`ast.swift`
例如: swiftc -dump-ast LGPerson.swift | col -b > ast.swift

如果想要详细对 SIL 的内容进⾏探索，可以参考这个视频

SIL分析

SIL参考⽂档

SIL(Swift intermediate language)：swift中间语言

调用swiftc -emit-sil LGPerson.swift >>. ./LGPerson.sil命令，生成LGPerson.sil文件。
用VSCode打开SIL文件

对main函数分析：

// main 
sil @main : $@convention(c) (Int32, UnsafeMutablePointer>>) -> Int32 {
bb0(%0 : $Int32, %1 : $UnsafeMutablePointer>>):
  // 创建全局变量HTPerson
  alloc_global @$s8HTPerson1tA2ACvp               // id: %2    
  // 读取全局变量HTPerson地址，赋值给%3
  %3 = global_addr @$s8HTPerson1tA2ACvp : $*HTPerson // user: %7  
  // metatype读取HTPerson的Type(Metadata)，赋值给%4
  %4 = metatype $@thick HTPerson.Type             // user: %6
  // 将HTPerson.__allocating_init() 函数地址给%5
  %5 = function_ref @$s8HTPersonAACABycfC : $@convention(method) (@thick HTPerson.Type) -> @owned HTPerson // user: %6
  //  调用%5函数，将返回值给%6
  %6 = apply %5(%4) : $@convention(method) (@thick HTPerson.Type) -> @owned HTPerson // user: %7
  // 将%6存储到%3 (%3是HTPerson类型)
  store %6 to %3 : $*HTPerson                     // id: %7
  // 构建Int并return
  %8 = integer_literal $Builtin.Int32, 0          // user: %9
  %9 = struct $Int32 (%8 : $Builtin.Int32)        // user: %10
  return %9 : $Int32                              // id: %10
} // end sil function 'main'

• @main 这⾥标识我们当前 main.swift 的⼊⼝函数，SIL 中的标识符名称以 @ 作为前缀

• %0， %1... 在 SIL 也叫做寄存器，这⾥我们可以理解为我们⽇常开发中的常量，⼀旦赋值之后就不可 以再修改，如果 SIL 中还要继续使⽤，那么就不断的累加数字。 同时这⾥所说的寄存器是虚拟的，最 终运⾏到我们的机器上，会使⽤真的寄存器

• alloc_gobal ：创建⼀个全局变量

• global_addr: 拿到全局变量的地址，赋值给 %3

• metatype 拿到 LGTeacher 的 Metadata 赋值给 %4 将 __allocating_init 的函数地址赋值给 %5

• __apply 调⽤ __allocating_init , 并把返回值给 %6

• 将 %6 的值存储到 %3（也就是我们刚刚创建的全局变量的地址） 构 建 Int , 并 return

• 构 建 Int , 并 return

LGPerson()实际调用分析：

// LGPerson.__allocating_init()
sil hidden [exact_self_class] @$s8 LGPerson AACABycfC : $@convention(method) (@thick LGPerson.Type) -> @owned LGPerson {
// %0 "$metatype"
bb0(%0 : $@thick LGPerson.Type):
  // 读取LGPerson的`alloc_ref`方法地址，给%1
  %1 = alloc_ref $LGPerson                        // user: %3
  // 读取LGPerson.init()函数地址，给%2
  %2 = function_ref @$s8 LGPerson AACABycfc : $@convention(method) (@owned LGPerson) -> @owned LGPerson // user: %3
  // 调用`alloc_ref`创建一个LGPerson实例对象，给%3
  %3 = apply %2(%1) : $@convention(method) (@owned LGPerson) -> @owned LGPerson // user: %4
  // 返回%3(LGPerson类型)
  return %3 : $LGPerson                           // id: %4
} // end sil function '$s8 LGPerson AACABycfC'