iOS Principle：LLVMAndClang

2018-05-29 Principle PV:

LLVM 是 Low Level Virtual Machine 的简称，这个库提供了与编译器相关的支持，能够进行程序语言的编译期优化、链接优化、在线编译优化、代码生成。简而言之，可以作为多种语言编译器的后台来使用~

👨🏻‍💻 Github Demo

方便记忆

编译语言：OC 和 Swift 基于 Clang 和 LLVM 来编译（Clang 前端、LLVM 后端）
特点：Clang 更快、内存占用小、兼容GCC、设计简单、模块化库（GCC 支持JAVA等和更多平台）
编译工作：Clang 语法分析，语义分析，生成中间代码；LLVM 机器无关的代码优化，生成机器语言
编译完成：生成 dSYM 文件存放函数地址映射，Fabric、友盟等崩溃解析
编译插入：预处理——宏、插入脚本——cocoapod
编译时间优化：
- 代码层—优化@class代替#import、打包库、头文件进行预编译；
- 编译器层—debug模式不生成dsym和开启Build Active Architecture并且关闭编译器优化Only

整理学习 iOS Principle 一系列的文章，每篇开头归结知识点，帮助记忆

iOS 开发中用途

一般可以将编程语言分为两种，编译语言和直译式语言。

编译语言:像C++,Objective C都是编译语言。编译语言在执行的时候，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。
直译式语言:像JavaScript,Python都是直译式语言。直译式语言不需要经过编译的过程，而是在执行的时候通过一个中间的解释器将代码解释为CPU可以执行的代码。所以，较编译语言来说，直译式语言效率低一些，但是编写的更灵活，也就是为啥JS大法好。

iOS开发目前的常用语言是：Objective和Swift。二者都是编译语言，换句话说都是需要编译才能执行的。二者的编译都是依赖于Clang + LLVM.

iOS编译

不管是OC还是Swift，都是采用Clang作为编译器前端，LLVM(Low level vritual machine)作为编译器后端。所以简单的编译过程如图

编译器前端

编译器前端的任务是进行：语法分析，语义分析，生成中间代码(intermediate representation )。在这个过程中，会进行类型检查，如果发现错误或者警告会标注出来在哪一行。

编译器后端

编译器后端会进行机器无关的代码优化，生成机器语言，并且进行机器相关的代码优化。iOS的编译过程，后端的处理如下

LVVM优化器会进行BitCode的生成，链接期优化等等。

LLVM机器码生成器会针对不同的架构，比如arm64等生成不同的机器码。

执行一次 XCode build 的流程

当你在XCode中，选择build的时候(快捷键command+B)，会执行如下过程

编译信息写入辅助文件，创建编译后的文件架构(name.app)
处理文件打包信息，例如在debug环境下

Entitlements:
{
   "application-identifier" = "app的bundleid";
   "aps-environment" = development;
}

执行CocoaPod编译前脚本(例如对于使用CocoaPod的工程会执行CheckPods Manifest.lock)
编译各个.m文件，使用CompileC和clang命令。

CompileC ClassName.o ClassName.m normal x86_64 objective-c com.apple.compilers.llvm.clang.1_0.compiler
export LANG=en_US.US-ASCII
export PATH="..."
clang -x objective-c -arch x86_64 -fmessage-length=0 -fobjc-arc... -Wno-missing-field-initializers ... -DDEBUG=1 ... -isysroot iPhoneSimulator10.1.sdk -fasm-blocks ... -I 上文提到的文件 -F 所需要的Framework  -iquote 所需要的Framework  ... -c ClassName.c -o ClassName.o

通过这个编译的命令，我们可以看到

clang是实际的编译命令
x objective-c 指定了编译的语言
arch x86_64制定了编译的架构，类似还有arm7等
fobjc-arc 一些列-f开头的，指定了采用arc等信息。这个也就是为什么你可以对单独的一个.m文件采用非ARC编程。
Wno-missing-field-initializers 一系列以-W开头的，指的是编译的警告选项，通过这些你可以定制化编译选项
DDEBUG=1 一些列-D开头的，指的是预编译宏，通过这些宏可以实现条件编译
iPhoneSimulator10.1.sdk 制定了编译采用的iOS SDK版本
I 把编译信息写入指定的辅助文件
F 链接所需要的Framework
c ClassName.c 编译文件
o ClassName.o 编译产物

工作流程

链接需要的Framework，例如Foundation.framework,AFNetworking.framework,ALiPay.fframework
编译xib文件
拷贝xib，图片等资源文件到结果目录
编译ImageAssets
处理info.plist
执行CocoaPod脚本
拷贝Swift标准库
创建.app文件和对其签名

dSYM 文件

我们在每次编译过后，都会生成一个dsym文件。dsym文件中，存储了16进制的函数地址映射。

在App实际执行的二进制文件中，是通过地址来调用方法的。在App crash的时候，第三方工具(Fabric,友盟等)会帮我们抓到崩溃的调用栈，调用栈里会包含crash地址的调用信息。然后，通过dSYM文件，我们就可以由地址映射到具体的函数位置。

XCode中，选择Window -> Organizer可以看到我们生成的archier文件

iOS 如何调试第三方统计到的崩溃报告 (http://blog.csdn.net/hello_hwc/article/details/50036323)

attribute

或多或少，你都会在第三方库或者iOS的头文件中，见到过attribute。

比如

1	__attribute__ ((warn_unused_result)) //如果没有使用返回值，编译的时候给出警告

attribtue 是一个高级的的编译器指令，它允许开发者指定更更多的编译检查和一些高级的编译期优化。

分为三种：

函数属性 (Function Attribute)
类型属性 (Variable Attribute )
变量属性 (Type Attribute )

语法结构

attribute 语法格式为：attribute ((attribute-list))

放在声明分号“;”前面。

比如，在三方库中最常见的，声明一个属性或者方法在当前版本弃用了

1	@property (strong,nonatomic)CLASSNAME * property __deprecated;

这样的好处是：给开发者一个过渡的版本，让开发者知道这个属性被弃用了，应当使用最新的API，但是被__deprecated的属性仍然可以正常使用。如果直接弃用，会导致开发者在更新Pod的时候，代码无法运行了。

attribtue的使用场景很多，本文只列举iOS开发中常用的几个：

//弃用API，用作API更新
#define __deprecated    __attribute__((deprecated))

//带描述信息的弃用
#define __deprecated_msg(_msg) __attribute__((deprecated(_msg)))

//遇到__unavailable的变量/方法，编译器直接抛出Error
#define __unavailable   __attribute__((unavailable))

//告诉编译器，即使这个变量/方法 没被使用，也不要抛出警告
#define __unused    __attribute__((unused))

//和__unused相反
#define __used      __attribute__((used))

//如果不使用方法的返回值，进行警告
#define __result_use_check __attribute__((__warn_unused_result__))

//OC方法在Swift中不可用
#define __swift_unavailable(_msg)   __attribute__((__availability__(swift, unavailable, message=_msg)))

Clang警告处理

你一定还见过如下代码：

#pragma clang diagnostic push
#pragma clang diagnostic ignored "-Wundeclared-selector"
///代码
#pragma clang diagnostic pop

这段代码的作用是

对当前编译环境进行压栈
忽略-Wundeclared-selector(未声明的)Selector警告
编译代码
对编译环境进行出栈

通过clang diagnostic push/pop,你可以灵活的控制代码块的编译选项。

iOS 合理利用Clang警告来提高代码质量 (http://blog.csdn.net/Hello_Hwc/article/details/46425503)

预处理

所谓预处理，就是在编译之前的处理。预处理能够让你定义编译器变量，实现条件编译。

比如，这样的代码很常见

#ifdef DEBUG
//...
#else
//...
#endif

同样，我们同样也可以定义其他预处理变量,在XCode-选中Target-build settings中，搜索proprecess。然后点击图中蓝色的加号，可以分别为debug和release两种模式设置预处理宏。

比如我们加上：TestServer，表示在这个宏中的代码运行在测试服务器

然后，配合多个Target(右键Target，选择Duplicate)，单独一个Target负责测试服务器。这样我们就不用每次切换测试服务器都要修改代码了。

#ifdef TESTMODE
//测试服务器相关的代码
#else
//生产服务器相关代码
#endif

插入脚本

通常，如果你使用CocoaPod来管理三方库，那么你的Build Phase是这样子的：

其中：[CP]开头的，就是CocoaPod插入的脚本。

Check Pods Manifest.lock，用来检查cocoapod管理的三方库是否需要更新
Embed Pods Framework，运行脚本来链接三方库的静态/动态库
Copy Pods Resources，运行脚本来拷贝三方库的资源文件

而这些配置信息都存储在这个文件(.xcodeprog)里

到这里，CocoaPod的原理也就大致搞清楚了，通过修改xcodeproject，然后配置编译期脚本，来保证三方库能够正确的编译连接。

同样，我们也可以插入自己的脚本，来做一些额外的事情。比如，每次进行archive的时候，我们都必须手动调整target的build版本，如果一不小心，就会忘记。这个过程，我们可以通过插入脚本自动化。

1
2
3

buildNumber=$(/usr/libexec/PlistBuddy -c "Print CFBundleVersion" "${PROJECT_DIR}/${INFOPLIST_FILE}")
buildNumber=$(($buildNumber + 1))
/usr/libexec/PlistBuddy -c "Set :CFBundleVersion $buildNumber" "${PROJECT_DIR}/${INFOPLIST_FILE}"

这段脚本其实很简单，读取当前pist的build版本号,然后对其加一，重新写入。

使用起来也很简单：

Xcode – 选中Target – 选中build phase
选择添加Run Script Phase

然后把这段脚本拷贝进去，并且勾选Run Script Only When installing，保证只有我们在安装到设备上的时候，才会执行这段脚本。重命名脚本的名字为Auto Increase build number

然后，拖动这个脚本的到Link Binary With Libraries下面

脚本编译打包

脚本化编译打包对于CI(持续集成)来说，十分有用。iOS开发中，编译打包必备的两个命令是：

//编译成.app
xcodebuild  -workspace $projectName.xcworkspace -scheme $projectName  -configuration $buildConfig clean build SYMROOT=$buildAppToDir
//打包
xcrun -sdk iphoneos PackageApplication -v $appDir/$projectName.app -o $appDir/$ipaName.ipa

通过info命令，可以查看到详细的文档
info xcodebuild

之前写的一套基于 Python 的编译打包脚本 (https://github.com/ReverseScale/AutoBuildScript/blob/master/autobuild.py)

提高项目编译速度

通常，当项目很大，源代码和三方库引入很多的时候，我们会发现编译的速度很慢。在了解了XCode的编译过程后，我们可以从以下角度来优化编译速度：

查看编译时间

我们需要一个途径，能够看到编译的时间，这样才能有个对比，知道我们的优化究竟有没有效果。

对于XCode 8，关闭XCode，终端输入以下指令

1	defaults write com.apple.dt.Xcode ShowBuildOperationDuration YES

然后，重启XCode，然后编译，你会在这里看到编译时间。

代码层面的优化

2.1)forward declaration

所谓forward declaration，就是@class CLASSNAME，而不是#import CLASSNAME.h。这样，编译器能大大提高#import的替换速度。

2.2)对常用的工具类进行打包(Framework/.a)

打包成Framework或者静态库，这样编译的时候这部分代码就不需要重新编译了。

2.3)常用头文件放到预编译文件里

XCode的pch文件是预编译文件，这里的内容在执行XCode build之前就已经被预编译，并且引入到每一个.m文件里了。

编译器选项优化

3.1)Debug模式下，不生成dsym文件

上文提到了，dysm文件里存储了调试信息，在Debug模式下，我们可以借助XCode和LLDB进行调试。所以，不需要生成额外的dsym文件来降低编译速度。

3.2)Debug开启Build Active Architecture Only

在XCode -> Build Settings -> Build Active Architecture Only 改为YES。这样做，可以只编译当前的版本，比如arm7/arm64等等，记得只开启Debug模式。这个选项在高版本的XCode中自动开启了。

3.3)Debug模式下，关闭编译器优化

编译器优化

版权声明

此系列文章内容多为网上资料整理，文章结尾会列出参照链接，如有纰漏欢迎讨论🤗

以上文章整理自：https://my.oschina.net/u/2345393/blog/820141，https://linuxtoy.org/archives/llvm-and-clang.html，https://blog.csdn.net/hello_hwc/article/details/53557308，https://github.com/ming1016/study/wiki/深入剖析-iOS-编译-Clang---LLVM