iOS |
您所在的位置：网站首页 › ios clang 编译 › iOS |
iOS
|
本文主要是理解LLVM的编译流程以及clang插件的开发 LLVM LLVM是架构编译器的框架系统，以C++编写而成，用于优化任意程序语言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 源码 Source Code + 前端 Frontend + 优化器 Optimizer + 后端 Backend（代码生成器 CodeGenerator）+ 机器码 Machine Code，如下图所示
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是swift，后端都是LLVM 模块说明 前端 Frontend：编译器前端的任务是解析源代码（编译阶段），它会进行 词法分析、语法分析、语义分析、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的前端还会生成中间代码（intermediate representation，简称IR），可以理解为llvm是编译器 + 优化器， 接收的是IR中间代码，输出的还是IR，给后端，经过后端翻译成目标指令集 优化器 Optimizer：优化器负责进行各种优化，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 Code Generator）：将代码映射到目标指令集，生成机器代码，并且进行机器代码相关的代码优化 LLVM的设计 LLVM设计的最重要方面是，使用通用的代码表示形式（IR），它是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，如下所示
通俗的一句话理解就是：LLVM的设计是前后端分离的，无论前端还是后端发生变化，都不会影响另一个 Clang简介 clang是LLVM项目中的一个子项目，它是基于LLVM架构图的轻量级编译器，诞生之初是为了替代GCC，提供更快的编译速度，它是负责C、C++、OC语言的编译器，属于整个LLVM架构中的 编译器前端，对于开发者来说，研究Clang可以给我们带来很多好处 LLVM编译流程新建一个文件，写下如下代码 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; }通过命令可以打印源码的编译流程 //************命令************ clang -ccc-print-phases main.m //************编译流程************ //0 - 输入文件：找到源文件 +- 0: input, "main.m", objective-c //1 - 预处理阶段：这个过程处理包括宏的替换，头文件的导入 +- 1: preprocessor, {0}, objective-c-cpp-output //2 - 编译阶段：进行词法分析、语法分析、检测语法是否正确，最终生成IR +- 2: compiler, {1}, ir //3 - 后端：这里LLVM会通过一个一个的pass去优化，每个pass做一些事情，最终生成汇编代码 +- 3: backend, {2}, assembler //4 - 汇编代码生成目标文件 +- 4: assembler, {3}, object //5 - 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（镜像文件） //6 - 绑定：通过不同的架构，生成对应的可执行文件 6: bind-arch, "x86_64", {5}, image
LLVM编译流程 下面分别针对上述流程来解释，其中0主要是输入文件，即找到源文件。这里不做过多说明 一、预处理编译阶段 这个阶段主要是处理包括宏的替换，头文件的导入，可以执行如下命令，执行完毕可以看到头文件的导入和宏的替换 //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需要注意的是： typedef 在给数据类型取别名时，在预处理阶段不会被替换掉 define则在预处理阶段会被替换，所以经常被是用来进行代码混淆，目的是为了app安全，实现逻辑是：将app中核心类、核心方法等用系统相似的名称进行取别名了，然后在预处理阶段就被替换了，来达到代码混淆的目的 二、编译阶段 编译阶段主要是进行词法、语法等的分析和检查，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，这里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， 可以通过下面的命令查看 clang -fmodules -fsyntax-only -Xclang -dump-tokens main.m如果头文件找不到，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.m2、语法分析 词法分析完成后就是语法分析，它的任务是验证语法是否正确，在词法分析的基础上将单词序列组合成各类此法短语，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 TreeAST），语法分析程序判断程序在结构上是否正确 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如果导入头文件找不到，可以指定SDK clang -isysroot （自己SDK路径） -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m clang -isysroot /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/iPhoneSimulator.platform/Developer/SDKs/iPhoneSimulator14.1.sdk/ -fmodules -fsyntax-only -Xclang -ast-dump main.m下面是语法分析的结果
其中，主要说明几个关键字的含义 -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 完成以上步骤后，就开始生成中间代码IR了，代码生成器（Code Generation）会将语法树自顶向下遍历逐步翻译成LLVM IR， 可以通过下面命令可以生成.ll的文本文件，查看IR代码。OC代码在这一步会进行runtime桥接，：property合成、ARC处理等 clang -S -fobjc-arc -emit-llvm main.m //以下是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 返回下面是生成的中间代码.ll文件
其中，test函数的参数解释为
编译阶段-4 当然，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这是优化后的中间代码 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三、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 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生成汇编代码也可以进行优化 clang -Os -S -fobjc-arc main.m -o main.s此时查看生成的main.s文件的格式为汇编代码
生成汇编代码 四、生成目标文件 目标文件的生成，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可以通过nm命令，查看下main.o中的符号 $xcrun nm -nm main.o以下是main.o中的符号，其文件格式为 目标文件 生成目标文件 _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 external表示这个符号是外部可以访问的 五、链接 链接主要是链接需要的动态库和静态库，生成可执行文件，其中 静态库会和可执行文件合并 动态库是独立的 连接器把编译生成的.o文件和 .dyld .a文件链接，生成一个mach-o文件 clang main.o -o main查看链接之后的符号 $xcrun nm -nm main其中的undefined表示会在运行时进行动态绑定 通过命令查看 main是什么格式，此时是 mach-o可执行文件 六、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 Clang插件开发 1、准备工作由于国内网络限制，需要借助镜像下载llvm的源码，此处为镜像链接 下载LLVM项目 git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/llvm.git在LLVM的projects目录下下载compiler-rt、libcxx、libcxxabi cd ../projects git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/compiler-rt.git git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/libcxx.git git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/libcxxabi.git在Clang的tools下安装extra工具 cd ../tools/clang/tools git clone https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/git/llvm/clang-tools-extra.git 2、LLVM编译由于最新的LLVM只支持cmake来编译，所以需要安装cmake 安装cmake 查看brew是否安装cmake，如果已经安装，则跳过下面步骤 brew list通过brew安装cmake brew install cmake编译LLVM 有两种编译方式： 通过xcode编译LLVM 通过ninja编译LLVM 通过xcode编译LLVM cmake编译成Xcode项目 mkdir build_xcode cd build_xcode cmake -G Xcode ../llvm使用xcode编译Clang 选择自动创建Schemes
编译LLVM-1 编译（CMD + B），选择ALL_BUILD Secheme进行编译，预计1+小时 注：这里通过ALL_BUILD Secheme编译会报以下错误The i386 architecture is deprecated. You should update your ARCHS build setting to remove the i386 architecture，尝试着去解决，但是目前尚未找到好的解决方案（后续会补充） 替代方案：选择手动创建Schemes，然后编译编译Clang + ClangTooling即可 通过ninja编译LLVM 使用ninja进行编译则还需要安装ninja，使用以下命令安装ninja brew install ninja在LLVM源码根目录下新建一个build_ninja目录，最终会在build_ninja目录下生成``build.ninja` 在LLVM源码根目录下新建llvm_release目录，最终编译文件会在llvm_release文件夹路径下 cd llvm_build //注意DCMAKE_INSTALL_PREFIX后面不能有空格 cmake -G Ninja ../llvm -DCMAKE_INSTALL_PREFIX= 安装路径（本机为/ Users/xxx/xxx/LLVM/llvm_release）一次执行编译，安装指令 ninja ninja install 3、创建插件在/llvm/tools/clang/tools下新建插件CJLPlugin 在/llvm/tools/clang/tools目录下的CMakeLists.txt文件，新增add_clang_subdirectory(CJLPlugin)，此处的CJLPlugin即为上一步创建的插件名称 在CJLPlugin目录下新建两个文件，分别是CJLPlugi.cpp 和CMakeLists.txt，并在CMakeLists.txt中加上以下代码 //1、通过终端在CJLPlugin目录下创建 touch CJLPlugin.cpp touch CMakeLists.txt //2、CMakeLists.txt中添加以下代码 add_llvm_library( CJLPlugin MODULE BUILDTREE_ONLY CJLPlugin.cpp )
创建插件-3 接下来利用cmake重新生成Xcode项目，在build_xcode目录下执行以下命令 cmake -G Xcode ../llvm最后可以在LLVM的xcode项目中可以看到Loadable modules目录下由自定义的CJLPlugin目录了，然后可以在里面编写插件代码了
创建插件-4 编写插件代码 在CJLPlugin目录下的CJLPlugin.cpp文件中，加入以下代码 // create by CJL // 2020/11/15 #include #include "clang/AST/AST.h" #include "clang/AST/DeclObjC.h" #include "clang/AST/ASTConsumer.h" #include "clang/ASTMatchers/ASTMatchers.h" #include "clang/Frontend/CompilerInstance.h" #include "clang/ASTMatchers/ASTMatchFinder.h" #include "clang/Frontend/FrontendPluginRegistry.h" using namespace clang; using namespace std; using namespace llvm; using namespace clang::ast_matchers; //命名空间，和插件同名 namespace CJLPlugin { //第三步：扫描完毕的回调函数 //4、自定义回调类，继承自MatchCallback class CJLMatchCallback: public MatchFinder::MatchCallback { private: //CI传递路径：CJLASTAction类中的CreateASTConsumer方法参数 - CJLConsumer的构造函数 - CJLMatchCallback的私有属性，通过构造函数从CJLASTConsumer构造函数中获取 CompilerInstance &CI; //判断是否是用户源文件 bool isUserSourceCode(const string filename) { //文件名不为空 if (filename.empty()) return false; //非xcode中的源码都认为是用户的 if (filename.find("/Applications/Xcode.app/") == 0) return false; return true; } //判断是否应该用copy修饰 bool isShouldUseCopy(const string typeStr) { //判断类型是否是NSString | NSArray | NSDictionary if (typeStr.find("NSString") != string::npos || typeStr.find("NSArray") != string::npos || typeStr.find("NSDictionary") != string::npos/*...*/) { return true; } return false; } public: CJLMatchCallback(CompilerInstance &CI) :CI(CI) {} //重写run方法 void run(const MatchFinder::MatchResult &Result) { //通过result获取到相关节点 -- 根据节点标记获取（标记需要与CJLASTConsumer构造方法中一致） const ObjCPropertyDecl *propertyDecl = Result.Nodes.getNodeAs("objcPropertyDecl"); //判断节点有值，并且是用户文件 if (propertyDecl && isUserSourceCode(CI.getSourceManager().getFilename(propertyDecl->getSourceRange().getBegin()).str()) ) { //15、获取节点的描述信息 ObjCPropertyDecl::PropertyAttributeKind attrKind = propertyDecl->getPropertyAttributes(); //获取节点的类型，并转成字符串 string typeStr = propertyDecl->getType().getAsString(); // cout |
【本文地址】
今日新闻 |
点击排行 |
|
推荐新闻 |
图片新闻 |
|
专题文章 |