原文鏈接：鏈接器：符號是怎么綁定到地址上的？
原文鏈接：App 如何通過注入動態(tài)庫的方式實現(xiàn)極速編譯調(diào)試？
05 章節(jié) 鏈接器：符號是怎么綁定到地址上的？
這篇文章主要介紹鏈接器的相關(guān)知識，從底層找答案，解決項目編譯速度的問題。
由于理論知識為主，我只是把相關(guān)的知識點做總結(jié)梳理，方便自己記憶和學習，如果想要看完整的內(nèi)容還需閱讀原文。
一、iOS 為什么使用編譯器？而不是解釋器？
編譯器就是將“一種語言（通常為高級語言）”翻譯為“另一種語言（通常為低級語言）”的程序。
一個現(xiàn)代編譯器的主要工作流程：源代碼 (source code) → 預處理器 (preprocessor) → 編譯器 (compiler) → 目標代碼 (object code) → 鏈接器(Linker) → 可執(zhí)行程序 (executables)
例如 C、C++、Objective-C甚至匯編語言都是上面所提到的高級語言。
iOS之所以不使用解釋器來運行代碼，是因為蘋果公司希望iPhone的執(zhí)行效率更高、運行速度更快。
那么什么是解釋器呢？
解釋器（英語：Interpreter），又譯為直譯器，是一種電腦程序，能夠把高級編程語言一行一行直接轉(zhuǎn)譯運行。解釋器不會一次把整個程序轉(zhuǎn)譯出來，只像一位“中間人”，每次運行程序時都要先轉(zhuǎn)成另一種語言再作運行，因此解釋器的程序運行速度比較緩慢。它每轉(zhuǎn)譯一行程序敘述就立刻運行，然后再轉(zhuǎn)譯下一行，再運行，如此不停地進行下去。
那么，使用編譯器和解釋器執(zhí)行代碼的特點概括：
- 采用編譯器生成機器碼執(zhí)行的好處是效率高，缺點是調(diào)試周期長。
- 解釋器執(zhí)行的好處是編譯調(diào)試方便，缺點是執(zhí)行效率低。
二、iOS開發(fā)使用的什么編譯器？編譯過程如何？
蘋果公司現(xiàn)在使用的編譯器是 LLVM（Xcode 5 之前使用的 GCC）。
編譯的主要過程：
1 LLVM 預處理你的代碼，比如把宏嵌入到對應的位置。
2 預處理后，LLVM 會對代碼進行詞法分析和語法分析，生成 AST 抽象語法樹。
3 最后 AST 會生成一種更接近機器碼的語言 IR。通過 IR 可以生成多份適合不同平臺的機器碼。對于 iOS 系統(tǒng)，IR 生成的可執(zhí)行文件就是 Mach-O。
三、iOS系統(tǒng)的鏈接器？編譯時鏈接器做了什么？
LLVM 其實是編譯器工具鏈技術(shù)的一個集合。其中的 lld 項目就是內(nèi)置鏈接器。
鏈接器的作用是完成變量、函數(shù)符號和其地址綁定的任務。
不使用鏈接器會怎么樣？
不使用鏈接器的話，首先你就需要在寫代碼時給每個指令設(shè)好內(nèi)存地址，就好像直接在和不同平臺的機器溝通，可讀性和可維護性很差。其次這會導致代碼和內(nèi)存地址綁定得太早，也就是說你需要針對不同的平臺寫多份代碼，何必呢？
鏈接器為什么要把項目中的多個 Mach-O 文件合并成一個？
因為單個文件的 Mach-O 文件是無法正常運行的，如果運行時碰到調(diào)用在其他文件中實現(xiàn)的函數(shù)的情況時，就會找不到這個調(diào)用函數(shù)的地址，從而無法繼續(xù)執(zhí)行。
最后總結(jié)一下鏈接器對代碼主要做了哪幾件事：
1 去項目文件里查找目標代碼文件里沒有定義的變量。
2 掃描項目中的不同文件，將所有符號定義和引用地址收集起來，并放到全局符號表中。
3 計算合并后長度及位置，生成同類型的段驚醒合并，建立綁定。
4 對項目中的不同文件里的變量進行機制地址重定位。
而且，鏈接器可以通過打開 Dead code stripping 開關(guān)，來開啟自動去除無用代碼的功能。
四、動態(tài)庫鏈接
在真實的開發(fā)環(huán)境中，我們需要用到很多現(xiàn)成的共用庫（例如 GUI 框架、網(wǎng)絡框架等），這些共用庫又分為靜態(tài)庫和動態(tài)庫兩種：
- 靜態(tài)庫是編譯時鏈接到你的 Mach-O 文件的，無法動態(tài)加載和更新。
- 動態(tài)庫是運行時鏈接的庫，并沒有參與 Mach-O 文件的編譯和鏈接。使用 dyld 可以實現(xiàn)動態(tài)加載。
關(guān)于 dyld 的具體作用，你可以查看 原文 或者這篇博客：Dynamic Linking On OS X
簡單總結(jié)，dyld 做了什么：
1 先執(zhí)行 Mach-O 文件，根據(jù) Mach-O 文件里的 undefined 的符號加載對應的動態(tài)庫，系統(tǒng)會設(shè)置一個共享緩存來解決加載的遞歸依賴問題。
2 加載后，將 undefined 的符號綁定到動態(tài)庫里對應的地址上。
3 最后再處理 +load 方法，main函數(shù)返回后運行 static terminator。
五、最后
理解了程序從編譯、鏈接、執(zhí)行、動態(tài)庫加載到main函數(shù)執(zhí)行的過程，再分階段的思考和優(yōu)化。
編譯階段：每個文件獨立編譯成 Mach-O 文件等待鏈接。那么編譯器可以根據(jù)你修改的文件范圍來減少編譯，從而提高每次編譯的速度。
鏈接階段：文件越多，鏈接器所需執(zhí)行的遍歷操作就會越多，從而降低編譯速度。
動態(tài)庫加載階段：在修改代碼之后，嘗試不去鏈接項目中的所有文件，只編譯當前修改的文件動態(tài)庫，通過運行時加載動態(tài)庫的方式達到及時更新的效果。甚至通過逆向的思維，直接將別人的功能模塊作為動態(tài)庫加載到自己的app中。
06 章節(jié) App 如何通過注入動態(tài)庫的方式實現(xiàn)極速編譯調(diào)試？
這個章節(jié)就是對于上篇文章，在最后的 動態(tài)庫加載階段 通過注入動態(tài)庫的方式實現(xiàn)極速編譯。
原文主要介紹了一款名為 Injection for Xcode 的開源工具的使用和原理。
開源地址：https://github.com/johnno1962/InjectionIII
同時我也找到了作者發(fā)布的視頻演示案例：http://artsy.github.io/blog/2016/03/05/iOS-Code-Injection/
你可以快速嘗試：
1 在App Store下載InjectionIII。
2 打開Injectionlll，選擇打開項目的根目錄。
3 在項目 AppDelegate 的 applicationDidFinishLaunching(_ application: UIApplication) 加入下面代碼：
#if DEBUG
Bundle(path: "/Applications/InjectionIII.app/Contents/Resources/iOSInjection.bundle")?.load()
#endif
Xcode 10.1:
#if DEBUG
Bundle(path: "/Applications/InjectionIII.app/Contents/Resources/iOSInjection10.bundle")?.load()
#endif
4 在需要變更的控制器中添加監(jiān)聽
NotificationCenter.default.addObserver(self, selector: #selector(ViewController.injected(_:)), name: Notification.Name(rawValue: "INJECTION_BUNDLE_NOTIFICATION"), object: nil)
5 實現(xiàn) injected: 方法，你可以在這里修改代碼：
@objc func injected(_ notification: NSNotification) {
// to do ...
}
接下來，你的每次 command + s 都可以觸發(fā) injection watching了。
最后分享一張 Injection 的工作原理圖，幫助大家理解。
這部分的內(nèi)容太過于底層了，需要大量的時間去消化和理解。先做到了解相關(guān)的知識，以后有時間再慢慢消化。
