iOS 開發(fā)中使用的是編譯語言，所謂編譯語言是在執(zhí)行的時候，必須先通過編譯器生成機(jī)器碼，機(jī)器碼可以直接在CPU上執(zhí)行，所以執(zhí)行效率較高，是使用 Clang / LLVM 來編譯的。LLVM是一個模塊化和可重用的編譯器和工具鏈技術(shù)的集合，Clang 是 LLVM 的子項目，是 C，C++ 和 Objective-C 編譯器，目的是提供驚人的快速編譯。下面我們來看看編譯過程,總的來說編譯過程分為幾個階段：預(yù)處理 -> 詞法分析 -> 語法分析 -> 靜態(tài)分析 -> 生成中間代碼和優(yōu)化 -> 匯編 -> 鏈接
預(yù)處理
這一步編譯器所做的處理是：clang -E main.m -F
- 宏替換（在源碼中使用的宏定義會被替換為對應(yīng)#define的內(nèi)容）1.
#define刪除，并展開對應(yīng)的宏定義。
建議大家不要在需要預(yù)處理的代碼中加入內(nèi)聯(lián)代碼邏輯。 - 頭文件引入（#include，#import）
使用對應(yīng)文件.h的內(nèi)容替換這一行的內(nèi)容，所以盡量減少頭文件中的#import，使用@class替代，把#import放到.m文件中。 - 處理所有的條件
預(yù)編譯指令。如#if、#ifdef、#else、#endif。 - 刪除所有的注釋
//、/**/等。 - 添加
行號和文件名標(biāo)識。如 # 1 “main.m"（編譯調(diào)試會用到）。
編譯
clang -S main.i -o main.s
這個過程就是把上面的main.i文件進(jìn)行：詞法分析、語法分析、靜態(tài)分析，優(yōu)化生成相應(yīng)的匯編代碼，最終生成main.s文件。
這里我們需要了解一下這幾個名詞：
- 詞法分析：把源代碼的字符序列分割成一個個token（關(guān)鍵字、表示符、字面量、特殊符號），比如把標(biāo)識符放到符號表里面。
- 語法分析: 生成抽象語法樹AST，此時運(yùn)算符號的優(yōu)先級確定了；有些符號具有多重含義也確定了，比如：*是乘號還是對指針取內(nèi)容；表達(dá)式不合法、括號不匹配等等，都會報錯.
- 靜態(tài)分析：分析類型聲明和匹配問題。比如整型和字符串相加，肯定會報錯。
- 中間語法生成: CodeGen根據(jù)AST(抽象語法樹)自上向下逐步翻譯成LLVM IR，并且對在編譯期就可以確定的表達(dá)式進(jìn)行優(yōu)化，比如代碼里面的a=1+3，可以優(yōu)化成a=4。（假如開啟了bitcode）
- 目標(biāo)代碼生成與優(yōu)化: 根據(jù)中間語法生成依賴具體機(jī)器的匯編語言；并優(yōu)化匯編語言。`這個過程中，假如有變量且定義在同一個編譯單元里，那么就給這個變量分配空間，確定變量的地址。假如變量或者函數(shù)不定義在這個編譯單元里面，那就等到鏈接的時候才能確定地址。``
詞法解析
這一步把源文件中的代碼轉(zhuǎn)化為特殊的標(biāo)記流，源碼被分割成一個一個的字符和單詞，在行尾Loc中都標(biāo)記出了源碼所在的對應(yīng)源文件和具體行數(shù)，方便在報錯時定位問題。Clang定義的所有Token類型。 可以分為下面這4類：clang -Xclang -dump-tokens main.m
關(guān)鍵字：語法中的關(guān)鍵字，比如 if、else、while、for 等；
標(biāo)識符：變量名；
字面量：值、數(shù)字、字符串；
特殊符號：加減乘除等符號。
語法解析
clang -Xclang -ast-dump -fsyntax-only main.m
這一步是把詞法分析生成的標(biāo)記流，解析成一個抽象語法樹（abstract syntax tree -- AST），同樣地，在這里面每一節(jié)點(diǎn)也都標(biāo)記了其在源碼中的位置。[[AST抽象語法樹]]
靜態(tài)分析
把源碼轉(zhuǎn)化為抽象語法樹之后，編譯器就可以對這個樹進(jìn)行分析處理。靜態(tài)分析會對代碼進(jìn)行錯誤檢查，如出現(xiàn)方法被調(diào)用但是未定義、定義但是未使用的變量等，以此提高代碼質(zhì)量。當(dāng)然，還可以通過使用 Xcode 自帶的靜態(tài)分析工具（Product -> Analyze)
類型檢查
在此階段clang會做檢查，最常見的是檢查程序是否發(fā)送正確的消息給正確的對象，是否在正確的值上調(diào)用了正常函數(shù)。如果你給一個單純的 NSObject* 對象發(fā)送了一個 hello 消息，那么 clang 就會報錯，同樣，給屬性設(shè)置一個與其自身類型不相符的對象，編譯器會給出一個可能使用不正確的警告。
一般會把類型分為兩類：動態(tài)的和靜態(tài)的。動態(tài)的在運(yùn)行時做檢查，靜態(tài)的在編譯時做檢查。以往，編寫代碼時可以向任意對象發(fā)送任何消息，在運(yùn)行時，才會檢查對象是否能夠響應(yīng)這些消息。由于只是在運(yùn)行時做此類檢查，所以叫做動態(tài)類型。
至于靜態(tài)類型，是在編譯時做檢查。當(dāng)在代碼中使用 ARC 時，編譯器在編譯期間，會做許多的類型檢查：因為編譯器需要知道哪個對象該如何使用。
其他分析
ObjCUnusedIVarsChecker.cpp是用來檢查是否有定義了，但是從未使用過的變量。（
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是檢查在 你的初始化方法中中調(diào)用 self 之前，是否已經(jīng)調(diào)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.）。
中間代碼生成和優(yōu)化
LLVM IR有3種表示形式，但本質(zhì)上是等價的。
- text：便于閱讀的文本格式，類似于匯編語言，拓展名 .ll
- memory：內(nèi)存格式
- bitcode：二進(jìn)制格式，拓展名 .bc
我們對下面代碼使用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)"}
接下來 LLVM 會對代碼進(jìn)行編譯優(yōu)化，例如針對全局變量優(yōu)化、循環(huán)優(yōu)化、尾遞歸優(yōu)化等，最后輸出匯編代碼。使用xcrun clang -S -o - main.m | open -f生成匯編代碼：
.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
看這幾行，他們是匯編指令不是匯編代碼
.section指令指定了接下來會執(zhí)行哪一個段
.globl指令說明_main是一個外部符號。這就是我們的main()函數(shù)。這個函數(shù)對外部是可見的，因為系統(tǒng)要調(diào)用它來運(yùn)行可執(zhí)行文件。
.p2align指令指出了后面代碼的對齊方式。在我們的代碼中，后面的代碼會按照 16(2^4) 字節(jié)對齊，如果需要的話，用 0x90 補(bǔ)齊。
匯編
在這一階段，匯編器將上一步生成的可讀的匯編代碼轉(zhuǎn)化為機(jī)器代碼。最終產(chǎn)物就是 以 .o 結(jié)尾的目標(biāo)文件。使用Xcode構(gòu)建的程序會在DerivedData目錄中找到這個文件。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-602085.html
鏈接
這一階段是將上個階段生成的目標(biāo)文件和引用的靜態(tài)庫鏈接起來，最終生成可執(zhí)行文件,鏈接器解決了目標(biāo)文件和庫之間的鏈接。
可執(zhí)行文件類型為 Mach-O 類型，在 MAC OS 和 iOS 平臺的可執(zhí)行文件都是這種類型
至此，編譯過程結(jié)束。
文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-602085.html
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