iOS摸鱼周报 第四十期

iOS摸鱼周报 第四十期

本期概要

  • 话题:启用新封面
  • Tips:Swift 中的预编译
  • 面试模块:dyld 2 和 dyld 3 的区别;编译流程
  • 优秀博客:包依赖管理工具
  • 学习资料:从头开发一个迷你 Go 语言编译器
  • 开发工具:git 资源库浏览工具 Tig

本期话题

@zhangferry:2022 年第一期摸鱼周报,从本期开始我们会使用新的封面,新封面由设计师朋友 Polaris 设计。这个场景表达的主题就是摸鱼,工作中的摸鱼不代表我们不尽职,而是我们对自由生活的向往。既要努力工作也要 Work Life Blance,2022 年,加油!

开发Tips

整理编辑:zhangferry

Swift 中的预编译

Clang 中有预编译宏的概念,在 Xcode 中其对应的是 Build Setting -> Apple Clang - Preprocessing 中的 Preprocessor Macros。这里可以根据不同的 Configuration 设置不同的预编译宏命令,其中 Debug 环境下的 DEBUG=1 就是内置的宏命令,我们通常使用的以下写法就是对应的这个配置:

1
2
3
#if DEBUG
// debug action
#end

如果需要新增 Configuration,比如 Stage,我们想要一个新的预编译宏比如 STAGE 表示它,如果这么做:

在 Objective-C 的代码中是可行的,对于 Swift 代码则无效。这是因为 Swift 使用的编译器是 swiftc,它无法识别 clang 里定义的预编译宏。

解决方案是利用 SWIFT_ACTIVE_COMPILATION_CONDITIONS 这个配置变量,它对应 Build Setting 里的 Active Compilation Conditions。做如下设置即可让 STAGE 宏供 Swift 代码使用:

面试解析

整理编辑:zhangferry

dyld 2 和 dyld 3 有哪些区别

dyld 是动态加载器,它主要用于动态库的链接和程序启动加载工作,它目前有两个主要版本:dyld 2 和 dyld 3。

dyld 2

dyld2 从 iOS 3.1 开始引入,一直到 iOS 12 被 dyld 3 全面代替。它经过了很多次版本迭代,我们现在常见的特性比如 ASLR,Code Sign,Shared Cache 等技术,都是在 dyld 2 中引入的。dyld 2 的执行流程是这样的:

  • 解析 mach-o 头文件,找到依赖库,依赖库又可能有别的依赖,这里会进行递归分析,直到获得所有 dylib 的完整图。这里数据庞大,需要进行大量的处理;
  • 映射所有 mach-o 文件,将它们放入地址空间;
  • 执行符号查找,若你的程序使用 printf 函数,将会查找 printf 是否在库系统中,然后我们找到它的地址,将它复制到你的程序中的函数指针上;
  • 进行 bind 和 rebase,修复内部和外部指针;
  • 运行一些初始化任务,像是加载 category、load 方法等;
  • 执行 main;

dyld 3

dyld 3 在 2017 年就被引入至 iOS 11,当时主要用来优化系统库。现在,在 iOS 13 中它也将用于启动第三方 APP,完全替代 dyld 2。

dyld 3 最大的特点就是引入了启动闭包,闭包里包含了启动所需要的缓存信息,而且这个闭包在进程外就完成了。在打开 APP 时,实际上已经有不少工作都完成了,这会使 dyld 的执行更快。

最重要的特性就是启动闭包,闭包里包含了启动所需要的缓存信息,从而提高启动速度。下图是 dyld 2 和 dyld 3 的执行步骤对比:

dyld 3 的执行步骤分两大步,以图中虚线隔开,虚线以上进程外执行,以下进程创建时执行:

  • 前 3 步查找依赖和符号相对耗时,且涉及一些安全问题,所以将这些信息做成缓存闭包写入磁盘里,对应地址:tmp/com.apple.dyld。闭包会在重启手机/更新/下载 App 的首启等时机创建。

  • 进程启动时,读取闭包并验证闭包有效性。

  • 后面步骤同 dyld 2

iOS 13中dyld 3的改进和优化

iOS dyld 前世今生

编译流程

一般的编译器架构,比如 LLVM 采用的都是三段式,也即从源码到机器码需要经过三个步骤:

前端 Frontend -> 优化器 Optimizer -> 后端 Backend

这么设计的好处就是将编译职责进行分离,当新增语言或者新增 CPU 架构时,只需修改前端和后端就行了。

其中前端受语言影响,Objective-C 和 Swift 对应的前端分别是 clang 和 swiftc。下图整理了两种语言的编译流程:

前端

编译前端做的工作主要是:

  1. 词法分析:将源码进行分割,生成一系列记号(token)。
  2. 语法分析:扫描上一步生成的记号生成语法树,该分析过程采用上下文无关的语法分析手段。
  3. 语义分析:语义分析分为静态语义分析和动态语义分析两种,编译期间确认的都是静态语义分析,动态语义需运行时期间才能确定。该步骤包括类型匹配和类型转换,会确认语法树中各表达式的类型。

之后导出 IR 中间件供优化器使用。这一步 Swift 会比 ObjC 多几个步骤,其中一个是 ClangImporter,这一步用于兼容 OC。它会导入 Clang Module,把 ObjC 或者 C 的 API 映射为 Swift API,导出结果能够被语义分析器使用。

另外一个不同是 Swift 会有几个 SIL 相关的步骤(蓝色标注),SIL 是 Swift Intermediate Language 的缩写,意为 Swift 中间语言,它不同于 IR,而是特定于 Swift 的中间语言,适合用于对 Swift 源码进行分析和优化。它这里又分三个步骤:

  1. 生成原始的 SIL
  2. 进行一些数据流诊断,转成标准 SIL
  3. 做一些特定于 Swift 的优化,包括 ARC、泛型等

优化器

编译前端会生成统一的 IR (Intermediate Representation) 文件传入到优化器,它是一种强类型的精简指令集,对目标指令进行了抽象。Xcode 中的 Optimization Level 的几个优化等级: -O0 , -O1 , -O2 , -O3 , -Os,即是这个步骤处理的。

如果开启了 Bitcode,还会转成 Bitcode 格式,它是 IR 的二进制形式。

后端

这个步骤相对简单,会根据不同的 CPU 架构生成汇编和目标文件。

链接

项目编译是以文件为单位的,跨文件调用方法是无法定位到调用地址的,链接的作用就是用于绑定这些符号。链接分为静态链接和动态链接两种:

  • 静态链接发生在编译期,在生成可执行程序之前会把各个 .o 文件和静态库进行一个链接。常用的静态链接器为 GNU 的 ld,LLVM4 里也有自己的链接器 lld

  • 动态链接发生在运行时,用于链接动态库,它会在启动时找到依赖的动态库然后进行符号决议和地址重定向。动态链接其为 dyld

Swift.org - Swift Compiler

优秀博客

整理编辑:东坡肘子

1、iOS包依赖管理工具 – 来自掘金:小小青叶

@东坡肘子:本系列一共六篇文章,不仅从原理、使用、创建自定义库等方面,对 CocoaPods 和 Swift Package Manager 进行了介绍,并且对两种包管理工具进行了比较。

2、CocoaPods Podspec 解析原理 – 来自楚权的世界:楚权

@东坡肘子:在 CocoaPods 中,podspec 文件主要用于描述一个 pod 库的基本信息,包括:名称、版本、源、依赖等等。本文介绍了如何通过 DSL 方法将配置的属性保存在一个对象的哈希表中,通过构建一棵保存所有配置信息的树从而建立相互之间的依赖关系。

3、关于 Swift Package Manager 的一些经验分享 – 来自:字节跳动技术团队

@东坡肘子:Swift Package Manager 是 Apple 为了弥补当前 iOS 开发中缺少官方组件库管理工具的产物。相较于其他组件管理控件,他的定义文件更加轻松易懂,使用起来也很 Magic,只需将源码放入对应的文件夹内,Xcode 就会自动生成工程文件,并生成编译目标产物所需要的相关配置。同时,SPM 与 Cocoapods 相互兼容,可以在特性上提供互补。本文除了介绍 Swift Package Manager 的现状、常见使用方法外,还阐述了作者对于 SPM 未来的一些思考。

4、解决swift package manager fetch慢的问题 – 来自简书:chocoford

@东坡肘子:由于网络的某些限制,在 Xcode 中直接 fetch Github 上的 SPM 库并不容易。本文中给出了几种提高 fetch 成功率的解决方案。(编辑特别提示:Xcode 程序包中内置了终端、命令行工具等应用,任何在系统终端下的代理设定对其都不会产生作用。使用 SS + Proxifier 的方式可以实现让 Xcode 中的网络数据从指定代理通过)

5、Swift Package Manager 添加资源文件 – 来自掘金:moxacist

@东坡肘子:从 swift-tool-version 5.3 版本开始,Swift Package Manager 提供了在包中添加资源文件的能力。本文是 WWDC 2020 —— 【Swift 软件包资源和本地化】 专题演讲的中文整理。

学习资料

整理编辑:Mimosa

《µGo语言实现——从头开发一个迷你Go语言编译器》

地址https://github.com/chai2010/ugo-compiler-book

µGo 是 Go 语言的真子集(不含标准库部分), 可以直接作为 Go 代码编译执行,作者尝试以实现 µGo 编译器为线索,以边学习边完善的自举方式实现一个玩具语言,目前还没写完,对编译器或者 Go 感兴趣的小伙伴可以关注一下。这里有一份作者写的 Go 编译器定制简介 供参考,同时作者还有《Go语法树入门(出版名:Go语言定制指南)》《Go语言高级编程》等开源图书作品。

工具推荐

整理编辑:CoderStar

Tig

地址https://jonas.github.io/tig/

软件状态:开源、免费

软件介绍

Tig 是一个 git 资源库浏览器,采用 ncurses 开发,很适合习惯使用命令行进行 git 操作的小伙伴们。

Tig

关于我们

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作者

zhangferry

发布于

2022-01-06

更新于

2022-01-06

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