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聊聊Xcode 中的编译过程以及编译器

qc1iu / 2615人阅读

摘要:每个的具体的编译过程也可以通过展开日志获得。这部分将会在之后的文章的编译具体过程进行讲解接下来就是编译过程的控制,在中可以通过以及来进行控制。

编译过程

基本的编译过程分为四个步骤:

预处理(Pre-process):把宏替换,删除注释,展开头文件,产生 .i 文件。

编译(Compliling):把之前的 .i 文件转换成汇编语言,产生 .s文件。

汇编(Asembly):把汇编语言文件转换为机器码文件,产生 .o 文件。

链接(Link):对.o文件中的对于其他的库的引用的地方进行引用,生成最后的可执行文件(同时也包括多个 .o 文件进行 link)。

然后通过解析 xcode 编译 log,可以发现 xcode 是根据 target 分开进行编译的。每个 target 的具体的编译过程也可以通过展开 log 日志获得。基本的格式就是首先简明一句说明要干什么,然后缩进的几行说明具体的操作。比如:

(1) ProcessPCH /.../Pods-SSZipArchive-prefix.pch.pch Pods-SSZipArchive-prefix.pch normal armv7 objective-c com.apple.compilers.llvm.clang.1_0.compiler
    (2) cd /.../Dev/objcio/Pods
        setenv LANG en_US.US-ASCII
        setenv PATH "..."
    (3) /.../Xcode.app/.../clang 
            (4) -x objective-c-header 
            (5) -arch armv7 
            ... configuration and warning flags ...
            (6) -DDEBUG=1 -DCOCOAPODS=1 
            ... include paths and more ...
            (7) -c 
            (8) /.../Pods-SSZipArchive-prefix.pch 
            (9) -o /.../Pods-SSZipArchive-prefix.pch.pch

就是在处理 pch 头文件,首先切换到 pch 的目录下,然后设置环境变量,然后启动 clang 并进行一系列的配置。在这之后一般就会产生具体的 .o文件作为产出(一般是有多个,针对不同的平台架构分别有一个,不过一般紧接着会把这些聚合成一个通用的 library。)。同时注意,不同的 target 也是有编译顺序的,具体的要看 target 之间的依赖关系。

在 xcode 编译的过程中,大部分的命令都可以自解释,不过仍有个别的命令直接看是看不出来干嘛的,这里解释一下:
ld :用于产生可执行文件。
libtool:产生 lib 的工具。
(这部分将会在之后的文章的编译具体过程进行讲解)

接下来就是编译过程的控制,在 xcode 中可以通过 Build phases,Build settings以及 Build rules来进行控制。

Build phases主要是用来控制从源文件到可执行文件的整个过程的,所以应该说是面向源文件的,包括编译哪些文件,以及在编译过程中执行一些自定义的脚本什么的。
Build rules 主要是用来控制如何编译某种类型的源文件的,假如说相对某种类型的原文件进行特定的编译,那么就应该在这里进行编辑了。同时这里也会大量的运用一些 xcode 中的环境变量,完整的官方文档在这里:Build Settings Reference
Build settings则是对编译工作的细节进行设定,在这个窗口里可以看见大量的设置选项,从编译到打包再到代码签名都有,这里要注意 settings 的 section 分类,同时一般通过右侧的 inspector 就可以很好的理解选项的意义了。

最后,要说一下我们的工程文件.pbxproj,以上的所有的这些选项都保存在这个文件中。当然也包括 target 的信息,项目所有文件的信息,这个文件是一个文本文件,可以用文本编辑器打开。里头的内容基本是可读性比较强的。基本的思路很面向对象,每个东西都有属性,如果属性是另一个对象,值就是那个对象的一个『引用』,就是一串数字(唯一的)作为表示。每个对象都有这样的引用。

编译器

首先,编译器是做什么的?编译器是用来把源代码文件转换为更为低级的语言的(同时还有语句的静态分析),而 xcode 使用的clang 编译器的作用就是把源代码转换为更为低级的 LLVM IR(Intermedia Representation),这个 LLVM IR 是操作系统无关的,然后 LLVM 通过这个中间语言来进行下一步的二进制文件的产出。得益于 LLVM 的三层架构,LLVM 可以有多个输入和输出(LLVM 的第一层架构是用于处理输入的,第二层用于优化 IR ,第三层用于输出)这里遇到了一个问题,不了解到底 clang 和 LLVM 之间的关系是什么,估计得明白编译器是怎么做的才能明白。

通常一个编译器可以编译多种语言,生成多个平台的代码,所以会划分前端和后端。有时候还有中端的说法。

前端是语言相关的,输出为抽象语法树;
后端是机器相关的,输出为机器代码。有些优化是机器无关的,这一部分可能被单列出来称为中端。

以gcc为例,前端生成的中间语言为GENERIC,之后转化为gimple做机器无关的优化,最后转化为RTL做机器相关优化并生成机器代码。
这三个部分就可以分别称为前端、中端、后端。不过gimple阶段是gcc 4之后才有的,gcc 3.x的版本优化全在RTL上。
而且实际实现的时候可能机器相关的优化也在gimple阶段实现(反过来RTL也有机器无关优化),划分不是那么明确。

也就是说前段完成语法分析句法分析等相关的工作,并不会针对机器平台做想对应的优化。后端才是真正蟾蜍机器码的部分。clang 只是一个编译器的前前端部分。而 LLVM 这个术语不能一概而论,具体区别的在这篇博客有讲述。

如果对编译器本身产生了兴趣,可以一方面可以看看编译原理(程序猿的三大浪漫之一),然后另一方面可以自己了解一个编译器应该怎么写。
这里有个知乎专栏
同时还有斯坦福大学的公开课供学习参考。

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