oc- APP编译过程以及启动过程

简单介绍 - LLVM编译器

苹果使用的是LLVM编译器，LLVM架构设计的非常好，主要分为前端，中间，后端

• Frontend 前端 主要是将编程代码进行预处理、词法分析、语法分析、语义分析，然后生成对应的中间代码（这个时候的产物已经与机器没有关系了，可以理解为任何机器都通用的）

• Optimizer 中间 主要是将前端的输出进行优化

• Backend 后端 主要是针对不同的机器生成对应的指令代码

llvm入门篇

编译过程：

1.预处理

主要处理文件中以#开头的预编译命令 比如宏定义替换，引入的头文件进行内容替换

2.词法分析

将代码分解成一个一个独立的词法符合（Token）

3.语法分析

将词法分析的结果生成对应的抽象语法树，并验证语法的正确性

4.语义分析

对整个语句进行判别是否有问题

5.生成中间代码

编译器前端的产物，生成与机器无关的中间代码。

• Class/Meta Class/Protocol/Category 内存结构生成，并放在指定的section中。

• Method/Ivar/Property内存结构生成

• 组成method_list/iva_list/property_list并填入Class

• 为每个ivar合成偏移量

• 将语法树中的ObjCMessageExpr翻译成相应版本的objc_msgSend等等

• 根据修饰符strong、weak、copy、atomic合成@property自动实现的setter/getter

• 生成block_layout的数据结构

• block数据结构捕获相应的变量

• 分析对象引用关系，将objc_storeStrong/objc_storeWeak等ARC代码插入

• 自动实现调用【super dealloc】

• 为每个拥有ivar的class合成.cxx_destructor方法来自动释放类的成员变量

• Bitcode 生成字节码

6.目标代码生成与优化

Optimizer对前端产物进行优化，再交给后端根据不同的机器指令集生成对应的机器代码，生成对应的Mach-O文件

7.对Mach-O，静态文件等进行link，生成可执行文件，写入对应的.app包里

8.拷贝项目中的资源文件到对应的.app包里

9.编译xib和storyboard

10.link xib和storyboard的产物

11.如果有自定义的脚本，执行脚本（Build Phase 里的Run Script 可以设置自定义的脚本）

12.处理info.plist文件（具体处理什么，不太清楚）

13.生成DSYM文件

14.如果有混编swift，就会将swift的标准库拷贝到对应的.app包里（所以混编oc和swift会增大包体积）

15.代码签名

出于安全考虑，为了防止代码被篡改，最后的可执行文件会被codeSign进行签名。app运行的时候会去校验签名

Mach-O简单介绍

Mach-O 是一种用户记录可执行文件、对象代码、共享库、动态加载代码和内存转储的文件格式。

Mach-O文件类型分为：

• 应用的主要二进制

• dylib动态链接库

• 静态链接库

• Bundle 不能被链接的Dylib，只能在运行时使用dlopen( )加载，可当做macOS的插件

• 可重定向文件类型

主要包含三个主要区域：

• Header: 文件类型, 目标架构

• Load command: 描述文件在虚拟内存中的逻辑与布局

• Raw segment date: 原始数据

  • _TEXT 代码段 （方法名，类名，方法签名……）

  • _DATA 读取和写入数据的段 （全局变量，程序中的类的列表，自己实现+load方法的类，被引用的类列表，协议列表等等）

  • _LINKEDIT 动态连接器需要使用的信息

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点击APP图标启动过程

内核先加载主程序

Load dylibs

dyld（动态链接器）启动，然后dyld开始递归加载所有的动态库（通过ImageLoader去加载）。

动态库有哪些好处？

• 代码共用 很多程序都动态链接了这些lib，但是内存和磁盘上仅有一份

• 易于维护 可以随时进行更新替换

• 减少了程序的可执行文件体积（运行时候才被加载）

Rebase

因为动态库是被加载到随机地址上的，所以要对所有库内部进行地址指针修正

Bind

修改库对外的指针

Objc Runtime

bind操作结束后，会读取二进制文件的DATA段，找到与objc相关的信息，注册objc类，确保selector的唯一性，读取protocol以及category的信息

Initializers初始化

调用objc类的+load函数

调用c++中带有constructor标记的函数

执行main函数