iOS LLVM编译流程
LLVM
LLVM是架构编译器（compiler）的框架系统，由C++编写完成，用于优化已任意程序编写的程序的编译时间（compile-time）、链接时间（link-time）、运行时间（run-time）以及空闲时间（idle-time），对开发者保持开放，并兼容已有脚本
传统编译器设计
-
编译器前端（Frontend）：负责
解析源代码，它会进行词法分析、语法分析、语义分析和检查源代码是否存在错误，然后构建抽象语法树（Abstract Syntax Tree,AST），LLVM会生成中间代码(intermediate representationIR) -
优化器（Optimizer）：负责进行各种
优化，改善代码的运行时间，例如消除冗余计算等 -
后端（Backend）/代码生成器（CodeGenerator）：将
代码映射到目标指令集。生成机器语言，并进行机器相关的代码优化
传统编译器设计
iOS的编译器架构
OC/C/C++使用的编译器前端是Clang，swift前端是Swift，后端都是LLVM，Clang会生成中间代码(intermediate representation IR)
iOS编译器架构
LLVM设计
使用通用的代码表示形式(IR)，用来在编译器中表示代码的形式，所有LLVM可以为任何编程语言独立编写前端，并且可以为任意硬件架构独立编写后端
LLVM
Clang简介
Clang是LLVM项目中的子项目，基于LLVM架构的轻量级编译器，诞生之初是为了替代GCC，提高更快的编译速度。它是负责编译C、C++、Object-C语言的编译器，在整个LLVM架构中属于编译器前端
编译流程
- 单独新建一个
main.m文件
int test(int a,int b){
return a + b + 3;
}
int main(int argc, const char * argv[]) {
int a = test(1, 2);
printf("%d",a);
return 0;[图片上传中...(image.png-1984f6-1624280414052-0)]
}
- 通过命令
clang -ccc-print-phases main.m
LLVM编译流程
//输入文件：找到源文件
+- 0: input, "main.m", objective-c
//预处理阶段：处理包括宏的替换，头文件的导入
+- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output
//编译阶段：进行词法、语法分析，检测语法是否正确，最终生成IR
+- 2: compiler, {1}, ir
//后端：LLVM会通过一个一个的Pass去优化，每个Pass做些事情，最终生成汇编代码
+- 3: backend, {2}, assembler
//生成目标文件
+- 4: assembler, {3}, object
//链接：链接需要的动态库和静态库，生成可执行文件
+- 5: linker, {4}, image
//通过不同的架构，生成对应的可执行文件
6: bind-arch, "x86_64", {5}, image
1、预处理阶段
预处理阶段是进行宏的替换和头文件的导入，我们可以通过下面命令来查看导入和替换情况
//在终端直接查看替换结果
clang -E main.m
//生成对应的文件查看替换后的源码
clang -E main.m >> main2.m
-
typedef给数据类型取别名时，在预处理阶段不会被替换 -
define的取的别名在预处理阶段会被替换，所有我们可以用这方法来进行关键代码混淆，例如将关键类和方法用系统类似的名称取别名
2、编译阶段
编译阶段主要是进行：词法、语法分析和代码错误检查，然后生成中间代码IR
（1）词法分析
预处理完成后就会进行词法分析，会把代码切成一个个Token，比如大小括号，等于号还有字符串等
- 通过下面命令查看词法分析后结果
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
词法分析
- 如果头文件找不到，我们可以通过下面命令指定sdk
clang -isysroot （自己SDK路径） -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.1.sdk/ -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m
（2）语法分析
验证语法是否正确，在词法分析的基础上将单词序列组合成各类语法短语，如程序、语句、表达式等等，然后将所有节点组成抽象语法树（Abstract Syntax Tree,AST）。语法分析程序判断源程序在结构上是否正确
- 我们可以通过下面命令查看语法分析的结果
clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
语法分析
- 如果导入头文件找不到，可以指定SDK
clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.1.sdk/ -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m
下面是几个关键字的含义
- -FunctionDecl 函数
- -ParmVarDecl 参数
- -CallExpr 调用一个函数
- -BinaryOperator 运算符
（3）生成中间代码IR
代码生成器（Code Generaltion）会将语法树自顶向下遍历逐步翻译成LLVM IR，OC代码会在这一步进行runtime的桥接：property合成，ARC处理等
- 我们可以通过下面命令生成.ll的文本文件，来查看IR代码
clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m
IR基本语法
@ 全局标识
% 局部标识
alloca 开辟空间
align 内存对齐
i32 32bit，4个字节
store 写入内存
load 读取数据
call 调用函数
ret 返回
IR代码
- IR文件在OC中是可以进行优化的，一般设置是在
target - Build Setting - Optimization Level（优化器等级）中设置。LLVM的优化级别分别是-O0 -O1 -O2 -O3 -Os(第一个是大写英文字母O)，下面是带优化的生成中间代码IR的命令
clang -Os -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m -o main.ll
优化后的IR代码
- xcode7以后开启
bitcode，苹果会做进一步优化，生成.bc的中间代码，我们通过优化后的IR代码生成.bc代码
clang -emit-llvm -c main.ll -o main.bc
.bc代码
3、后端
LLVM在后端主要是会通过一个个的Pass去优化，每个Pass做一些事情，最终生成汇编代码
- 我们通过最终的
.bc或者.ll代码生成汇编代码
clang -S -fobjc-arc main.bc -o main.s
clang -S -fobjc-arc main.ll -o main.s
- 生成的汇编代码也可以进行优化
clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s
汇编代码main.s
4、生成目标文件
是汇编器以汇编代码作为插入，将汇编代码转换为机器代码，最后输出目标文件（object file）
clang -fmodules -c main.s -o main.o
- 通过nm命令，查看main.o中的符号
xcrun nm -nm main.o
main.o中的符号
-
external表示这个符号是可以外部访问的 -
_printf函数是一个是undefined 、external的 -
undefined表示在当前文件暂时找不到符号_printf
5、链接
链接主要是链接需要的动态库和静态库
- 静态库和可执行文件合并
- 动态库是独立链接
链接器会吧编译生成的.o文件和(.dylib.a)文件，生成一个mach-o文件
clang main.o -o main
查看链接后的符号
xcrun nm -nm main
如下所示，其中undefined表示会在运行时进行动态绑定
mach-o文件符号
6、绑定
绑定主要是通过不同的架构，生成对应的mach-o格式可执行文件
总结
LLVM编译流程
