iOS--编译链接的过_1
iOS 开发中使用的是编译语言，所谓编译语言是在执行的时候，必须先通过编译器生成机器码，机器码可以直接在CPU上执行，所以执行效率较高，是使用 Clang / LLVM 来编译的。LLVM是一个模块化和可重用的编译器和工具链技术的集合，Clang 是 LLVM 的子项目，是 C，C++ 和 Objective-C 编译器，目的是提供惊人的快速编译。下面我们来看看编译过程,总的来说编译过程分为几个阶段：预处理 -> 词法分析 -> 语法分析 -> 静态分析 -> 生成中间代码和优化 -> 汇编 -> 链接
预处理
这一步编译器所做的处理是：
clang -E main.m -F
- 宏替换（在源码中使用的宏定义会被替换为对应#define的内容）1.
#define删除，并展开对应的宏定义。
建议大家不要在需要预处理的代码中加入内联代码逻辑。 - 头文件引入（#include，#import）
使用对应文件.h的内容替换这一行的内容，所以尽量减少头文件中的#import，使用@class替代，把#import放到.m文件中。 - 处理所有的条件
预编译指令。如#if、#ifdef、#else、#endif。 - 删除所有的注释
//、/**/等。 - 添加
行号和文件名标识。如 # 1 “main.m"（编译调试会用到）。
编译
clang -S main.i -o main.s
这个过程就是把上面的main.i文件进行：词法分析、语法分析、静态分析，优化生成相应的汇编代码，最终生成main.s文件。
这里我们需要了解一下这几个名词：
- 词法分析：把源代码的字符序列分割成一个个token（关键字、表示符、字面量、特殊符号），比如把标识符放到符号表里面。
- 语法分析: 生成抽象语法树AST，此时运算符号的优先级确定了；有些符号具有多重含义也确定了，比如：*是乘号还是对指针取内容；表达式不合法、括号不匹配等等，都会报错.
- 静态分析：分析类型声明和匹配问题。比如整型和字符串相加，肯定会报错。
- 中间语法生成: CodeGen根据AST(抽象语法树)自上向下逐步翻译成LLVM IR，并且对在编译期就可以确定的表达式进行优化，比如代码里面的a=1+3，可以优化成a=4。（假如开启了bitcode）
- 目标代码生成与优化: 根据中间语法生成依赖具体机器的汇编语言；并优化汇编语言。`这个过程中，假如有变量且定义在同一个编译单元里，那么就给这个变量分配空间，确定变量的地址。假如变量或者函数不定义在这个编译单元里面，那就等到链接的时候才能确定地址。``
词法解析
这一步把源文件中的代码转化为特殊的标记流，源码被分割成一个一个的字符和单词，在行尾Loc中都标记出了源码所在的对应源文件和具体行数，方便在报错时定位问题。Clang定义的所有Token类型。 可以分为下面这4类：
clang -Xclang -dump-tokens main.m
关键字：语法中的关键字，比如 if、else、while、for 等；
标识符：变量名；
字面量：值、数字、字符串；
特殊符号：加减乘除等符号。
语法解析
clang -Xclang -ast-dump -fsyntax-only main.m
这一步是把词法分析生成的标记流，解析成一个抽象语法树（abstract syntax tree -- AST），同样地，在这里面每一节点也都标记了其在源码中的位置。[[AST抽象语法树]]
静态分析
把源码转化为抽象语法树之后，编译器就可以对这个树进行分析处理。静态分析会对代码进行错误检查，如出现方法被调用但是未定义、定义但是未使用的变量等，以此提高代码质量。当然，还可以通过使用 Xcode 自带的静态分析工具（Product -> Analyze)
类型检查
在此阶段clang会做检查，最常见的是检查程序是否发送正确的消息给正确的对象，是否在正确的值上调用了正常函数。如果你给一个单纯的 NSObject* 对象发送了一个 hello 消息，那么 clang 就会报错，同样，给属性设置一个与其自身类型不相符的对象，编译器会给出一个可能使用不正确的警告。
一般会把类型分为两类：动态的和静态的。动态的在运行时做检查，静态的在编译时做检查。以往，编写代码时可以向任意对象发送任何消息，在运行时，才会检查对象是否能够响应这些消息。由于只是在运行时做此类检查，所以叫做动态类型。
至于静态类型，是在编译时做检查。当在代码中使用 ARC 时，编译器在编译期间，会做许多的类型检查：因为编译器需要知道哪个对象该如何使用。
其他分析
ObjCUnusedIVarsChecker.cpp是用来检查是否有定义了，但是从未使用过的变量。（
This file defines a CheckObjCUnusedIvars, a checker that analyzes an Objective-C class’s interface/implementation to determine if it has any ivars that are never accessed.）
ObjCSelfInitChecker.cpp是检查在 你的初始化方法中中调用 self 之前，是否已经调用 [self initWith…] 或 [super init] 了（
This checks initialization methods to verify that they assign ‘self’ to the result of an initialization call (e.g. [super init], or [self initWith…]) before using ‘self’ or any instance variable.）。
中间代码生成和优化
LLVM IR有3种表示形式，但本质上是等价的。
- text：便于阅读的文本格式，类似于汇编语言，拓展名 .ll
- memory：内存格式
- bitcode：二进制格式，拓展名 .bc
我们对下面代码使用clang -O3 -S -emit-llvm main.m -o main.ll，生成main.ll：
#import <Foundation/Foundation.h>
#define a1 1
**int** sum(**int** a, **int** b) {
**int** c = a + b;
**return** c;
}
**int** main(**int** argc, **const** **char** * argv[]) {
**@autoreleasepool** {
// insert code here...
NSLog(@"Hello, World!");
**int** a = 5;
NSLog(@"%d", sum(a1, a));
}
**return** 0;
}
; ModuleID = 'main.m'
source_filename = "main.m"
target datalayout = "e-m:o-p270:32:32-p271:32:32-p272:64:64-i64:64-f80:128-n8:16:32:64-S128"
target triple = "x86_64-apple-macosx13.0.0"
%struct.__NSConstantString_tag = type { i32*, i32, i8*, i64 }
@__CFConstantStringClassReference = external global [0 x i32]
@.str = private unnamed_addr constant [14 x i8] c"Hello, World!\00", section "__TEXT,__cstring,cstring_literals", align 1
@_unnamed_cfstring_ = private global %struct.__NSConstantString_tag { i32* getelementptr inbounds ([0 x i32], [0 x i32]* @__CFConstantStringClassReference, i32 0, i32 0), i32 1992, i8* getelementptr inbounds ([14 x i8], [14 x i8]* @.str, i32 0, i32 0), i64 13 }, section "__DATA,__cfstring", align 8 #0
@.str.1 = private unnamed_addr constant [3 x i8] c"%d\00", section "__TEXT,__cstring,cstring_literals", align 1
@_unnamed_cfstring_.2 = private global %struct.__NSConstantString_tag { i32* getelementptr inbounds ([0 x i32], [0 x i32]* @__CFConstantStringClassReference, i32 0, i32 0), i32 1992, i8* getelementptr inbounds ([3 x i8], [3 x i8]* @.str.1, i32 0, i32 0), i64 2 }, section "__DATA,__cfstring", align 8 #0
; Function Attrs: mustprogress nofree norecurse nosync nounwind readnone ssp uwtable willreturn
define i32 @sum(i32 %0, i32 %1) local_unnamed_addr #1 {
%3 = add nsw i32 %1, %0
ret i32 %3
}
; Function Attrs: ssp uwtable
define i32 @main(i32 %0, i8** nocapture readnone %1) local_unnamed_addr #2 {
%3 = tail call i8* @llvm.objc.autoreleasePoolPush() #3
notail call void (i8*, ...) @NSLog(i8* bitcast (%struct.__NSConstantString_tag* @_unnamed_cfstring_ to i8*))
notail call void (i8*, ...) @NSLog(i8* bitcast (%struct.__NSConstantString_tag* @_unnamed_cfstring_.2 to i8*), i32 6)
tail call void @llvm.objc.autoreleasePoolPop(i8* %3)
ret i32 0
}
; Function Attrs: nounwind
declare i8* @llvm.objc.autoreleasePoolPush() #3
declare void @NSLog(i8*, ...) local_unnamed_addr #4
; Function Attrs: nounwind
declare void @llvm.objc.autoreleasePoolPop(i8*) #3
attributes #0 = { "objc_arc_inert" }
attributes #1 = { mustprogress nofree norecurse nosync nounwind readnone ssp uwtable willreturn "darwin-stkchk-strong-link" "frame-pointer"="all" "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "probe-stack"="___chkstk_darwin" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="penryn" "target-features"="+cx16,+cx8,+fxsr,+mmx,+sahf,+sse,+sse2,+sse3,+sse4.1,+ssse3,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #2 = { ssp uwtable "darwin-stkchk-strong-link" "frame-pointer"="all" "min-legal-vector-width"="0" "no-trapping-math"="true" "probe-stack"="___chkstk_darwin" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="penryn" "target-features"="+cx16,+cx8,+fxsr,+mmx,+sahf,+sse,+sse2,+sse3,+sse4.1,+ssse3,+x87" "tune-cpu"="generic" }
attributes #3 = { nounwind }
attributes #4 = { "darwin-stkchk-strong-link" "frame-pointer"="all" "no-trapping-math"="true" "probe-stack"="___chkstk_darwin" "stack-protector-buffer-size"="8" "target-cpu"="penryn" "target-features"="+cx16,+cx8,+fxsr,+mmx,+sahf,+sse,+sse2,+sse3,+sse4.1,+ssse3,+x87" "tune-cpu"="generic" }
!llvm.module.flags = !{!0, !1, !2, !3, !4, !5, !6, !7, !8, !9, !10}
!llvm.ident = !{!11}
!0 = !{i32 2, !"SDK Version", [2 x i32] [i32 13, i32 1]}
!1 = !{i32 1, !"Objective-C Version", i32 2}
!2 = !{i32 1, !"Objective-C Image Info Version", i32 0}
!3 = !{i32 1, !"Objective-C Image Info Section", !"__DATA,__objc_imageinfo,regular,no_dead_strip"}
!4 = !{i32 1, !"Objective-C Garbage Collection", i8 0}
!5 = !{i32 1, !"Objective-C Class Properties", i32 64}
!6 = !{i32 1, !"Objective-C Enforce ClassRO Pointer Signing", i8 0}
!7 = !{i32 1, !"wchar_size", i32 4}
!8 = !{i32 7, !"PIC Level", i32 2}
!9 = !{i32 7, !"uwtable", i32 1}
!10 = !{i32 7, !"frame-pointer", i32 2}
!11 = !{!"Apple clang version 14.0.0 (clang-1400.0.29.202)"}
接下来 LLVM 会对代码进行编译优化，例如针对全局变量优化、循环优化、尾递归优化等，最后输出汇编代码。使用xcrun clang -S -o - main.m | open -f生成汇编代码：
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.build_version macos, 13, 0 sdk_version 13, 1
.globl _sum ## -- Begin function sum
.p2align 4, 0x90
_sum: ## @sum
.cfi_startproc
## %bb.0:
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset %rbp, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register %rbp
movl %edi, -4(%rbp)
movl %esi, -8(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
addl -8(%rbp), %eax
movl %eax, -12(%rbp)
movl -12(%rbp), %eax
popq %rbp
retq
.cfi_endproc
## -- End function
.globl _main ## -- Begin function main
.p2align 4, 0x90
_main: ## @main
.cfi_startproc
## %bb.0:
pushq %rbp
.cfi_def_cfa_offset 16
.cfi_offset %rbp, -16
movq %rsp, %rbp
.cfi_def_cfa_register %rbp
subq $32, %rsp
movl $0, -4(%rbp)
movl %edi, -8(%rbp)
movq %rsi, -16(%rbp)
callq _objc_autoreleasePoolPush
movq %rax, -32(%rbp) ## 8-byte Spill
leaq L__unnamed_cfstring_(%rip), %rdi
movb $0, %al
callq _NSLog
movl $5, -20(%rbp)
movl -20(%rbp), %esi
movl $1, %edi
callq _sum
movl %eax, %esi
leaq L__unnamed_cfstring_.2(%rip), %rdi
movb $0, %al
callq _NSLog
movq -32(%rbp), %rdi ## 8-byte Reload
callq _objc_autoreleasePoolPop
xorl %eax, %eax
addq $32, %rsp
popq %rbp
retq
.cfi_endproc
## -- End function
.section __TEXT,__cstring,cstring_literals
L_.str: ## @.str
.asciz "Hello, World!"
.section __DATA,__cfstring
.p2align 3 ## @_unnamed_cfstring_
L__unnamed_cfstring_:
.quad ___CFConstantStringClassReference
.long 1992 ## 0x7c8
.space 4
.quad L_.str
.quad 13 ## 0xd
.section __TEXT,__cstring,cstring_literals
L_.str.1: ## @.str.1
.asciz "%d"
.section __DATA,__cfstring
.p2align 3 ## @_unnamed_cfstring_.2
L__unnamed_cfstring_.2:
.quad ___CFConstantStringClassReference
.long 1992 ## 0x7c8
.space 4
.quad L_.str.1
.quad 2 ## 0x2
.section __DATA,__objc_imageinfo,regular,no_dead_strip
L_OBJC_IMAGE_INFO:
.long 0
.long 64
.subsections_via_symbols
.section __TEXT,__text,regular,pure_instructions
.build_version macos, 13, 0 sdk_version 13, 1
.globl _sum ## -- Begin function sum
.p2align 4, 0x90
看这几行，他们是汇编指令不是汇编代码
.section指令指定了接下来会执行哪一个段
.globl指令说明_main是一个外部符号。这就是我们的main()函数。这个函数对外部是可见的，因为系统要调用它来运行可执行文件。
.p2align指令指出了后面代码的对齐方式。在我们的代码中，后面的代码会按照 16(2^4) 字节对齐，如果需要的话，用 0x90 补齐。
汇编
在这一阶段，汇编器将上一步生成的可读的汇编代码转化为机器代码。最终产物就是 以 .o 结尾的目标文件。使用Xcode构建的程序会在DerivedData目录中找到这个文件。
链接
这一阶段是将上个阶段生成的目标文件和引用的静态库链接起来，最终生成可执行文件,链接器解决了目标文件和库之间的链接。
可执行文件类型为 Mach-O 类型，在 MAC OS 和 iOS 平台的可执行文件都是这种类型
至此，编译过程结束。
