前言
《編譯與鏈接過程的思考》
《靜態(tài)庫與動態(tài)庫的思考》
在寫完上面兩篇思考之后，仔細研讀《程序員的自我修養(yǎng)—鏈接、裝載與庫》，對編譯、鏈接、裝載、靜態(tài)庫和動態(tài)庫有連貫的認知。
這種知識先在學(xué)校學(xué)習(xí)一遍，然后遺忘；
工作用到，百思不得其解；
然后再看書，才能深深記住和理解。
正文
機器指令
最初的機器指令，是使用紙帶來記錄；
當變更指令的時候，需要程序員重新計算每個子程序的跳轉(zhuǎn)地址。這個操作就是重定位。
但是，如果有多條紙帶，跳轉(zhuǎn)更為復(fù)雜。
匯編語言
為了解決上面復(fù)雜的機器指令跳轉(zhuǎn)，先驅(qū)者發(fā)明了匯編語言。
舉例：一個匯編指令
jmp foo
由匯編器在每次匯編程序的時候，重新計算foo這個符號的地址。
符號（Symbol）表示的是一個地址，可能是函數(shù)的起始地址，也可能是變量的起始地址。
隨著軟件的規(guī)模越來越大，代碼量越來越大；
人們考慮把不同的功能模塊以特定的方式組織起來，便于閱讀；
那么如何解決，模塊最后組合成一個單一的程序的問題？
鏈接
先來看看模塊間的調(diào)用有哪些：
1、函數(shù)調(diào)用；
2、變量訪問；
其實可以統(tǒng)一為跨模塊的符號引用。
這個統(tǒng)一模塊間符號的引用的過程，就是鏈接。
鏈接包括：地址和空間分配、符號決議和重定位。
簡單描述下鏈接的過程：
假如主程序main.c 使用了 fun.c 模塊的 foo函數(shù)，那么main.c在編譯的過程，對于調(diào)用foo函數(shù)的指令，對于指令的目標地址暫時擱置；待到鏈接的時候，由鏈接器來填寫foo函數(shù)的地址。
編譯之后會產(chǎn)生目標文件。
目標文件：編譯器編譯源代碼后產(chǎn)生的文件，沒有經(jīng)過鏈接的過程，某些符號還沒有調(diào)整過，Windows下的.obj文件，Linux下的.o文件，Unix的.out文件。
靜態(tài)鏈接
靜態(tài)鏈接：鏈接器在鏈接時將靜態(tài)庫合并到可執(zhí)行程序。
鏈接器為目標文件分配地址和空間有兩層含義：
1、輸出的可執(zhí)行文件的空間；
2、裝載后的虛擬地址中的虛擬地址空間；
鏈接過程分為兩步：
1、空間和地址分配，掃描所有的目標文件，獲得各個段的長度、屬性、位置信息，并把所有的符號定義以及引用收集起來，放到全局的符號表中；
通過所有段的長度，計算和合并后的長度和位置，并建立映射關(guān)系；2、符號解析和重定位，使用上一步收集到的信息，讀取文件中段的數(shù)據(jù)和重定位信息，進行符號解析和重定位；
.lib、.a是常見的靜態(tài)鏈接庫；
靜態(tài)庫的缺點：
浪費內(nèi)存和磁盤空間、更新困難；
動態(tài)鏈接
動態(tài)鏈接：把鏈接的過程推遲到運行時再進行。
動態(tài)鏈接涉及到運行時的鏈接以及文件的裝載，故而需要操作系統(tǒng)的支持。
程序與.so文件之間的鏈接是由動態(tài)鏈接庫完成的，靜態(tài)鏈接是由靜態(tài)鏈接器ld完成的。
動態(tài)庫也需要參與鏈接的過程，否則找不到該符號的信息；
so保存了完整的符號信息，鏈接器解析符號時會獲取這些信息，用于判斷一個符號是否為動態(tài)符號；
.dll、.so 是常見的動態(tài)鏈接庫；
共享對象的最終裝載地址在編譯時是不確定的，根據(jù)裝載時的地址空間的空閑情況，動態(tài)分配一塊足夠大小的虛擬地址空間給響應(yīng)的共享對象。
動態(tài)鏈接器是動態(tài)鏈接還是靜態(tài)鏈接？
靜態(tài)鏈接。它要解決其他共享對象的依賴問題，不能依賴其他共享對象；
外部符號：在本目標文件引用但沒有定義的符號；（External Symbol）
當多個同名符號沖突的時候，先裝入的符號優(yōu)先，這種優(yōu)先級方式成為裝載序列。（Load Ordering）
iOS相關(guān)
我們通過一個工程，來驗證動態(tài)庫的動態(tài)裝載。
dlfcn.h的方法
- dlopen打開動態(tài)鏈接庫；
- dlerror返回錯誤；
- dlsym獲取函數(shù)名或者變量名；
- dlclose關(guān)閉動態(tài)庫；
Objective-C的方法
- NSClassFromString根據(jù)名字返回類；
- NSSelectorFromString根據(jù)名字返回方法；
- performSelector執(zhí)行方法；
工程設(shè)置
注意，在Linked的設(shè)置里面沒有ALib，因為我們是通過dlopen的形式來打開動態(tài)庫。
BLib中有一個OC類， 其中的+load方法，會顯示BLib是何時被裝載；
ALib中有一個OC類， 其中的+load方法，會顯示ALib是何時被裝載；還有一個foo函數(shù)，為c函數(shù)；
測試代碼
#include <dlfcn.h>
typedef void (*FOO_FUNC)(void);
- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.
dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(3.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_main_queue(), ^{
[self testLib];
});
}
- (void)testLib {
NSLog(@"Test lib.");
void *handle;
char *error;
handle = dlopen("ALib.framework/ALib", RTLD_LAZY);
if (!handle) {
fprintf(stderr, "%s\n", dlerror());
return ;
}
dlerror();
FOO_FUNC func = dlsym(handle, "foo");
if ((error = dlerror()) != NULL) {
fprintf(stderr, "%s\n", error);
return;
}
func();
Class Alib = NSClassFromString(@"ALib");
SEL foo = NSSelectorFromString(@"foo");
if (Alib && foo) {
[[[Alib alloc] init] performSelector:foo withObject:nil];
}
dlclose(handle);
}
測試輸出
2016-12-22 13:09:00.653406 testLib[8279:1718634] load Blib
2016-12-22 13:09:04.083711 testLib[8279:1718634] Test lib.
2016-12-22 13:09:04.195297 testLib[8279:1718634] load Alib
foo in ALib.
2016-12-22 13:09:04.195752 testLib[8279:1718634] foo in NSALib.
結(jié)果思考
Xcode工程link設(shè)置上的動態(tài)庫，會在程序啟動時加載到內(nèi)存，即使你沒有用到這個庫的函數(shù)；（測試代碼中沒有用到BLib動態(tài)庫的代碼，但是啟動即加載了BLib）
dispatch_after是為了延遲，模擬動態(tài)加載的過程；
動態(tài)庫ALib在調(diào)用的時候再進行了裝載，并且c函數(shù)和Objective-C方法均可調(diào)用；（測試輸出中，loadAlib比loadBLib晚了3秒鐘）
Xcode工程設(shè)置的Other Linker Flags
- -ObjC，告訴鏈接器把庫中定義的Objective-C類和Category都加載進來；（如果靜態(tài)庫中有類和category的話，需要添加這個標志）
- -all_load，-all_laod會強制鏈接器把目標文件都加載進來，即使沒有objc代碼。（庫中只有category沒有類的時候，即使有-ObjC， 仍然無法加載category）
- -force_load，必須跟一個靜態(tài)庫的路徑，與-all_load不同的是只會完全加載一個庫，不影響其他庫文件；
總結(jié)
在學(xué)習(xí)現(xiàn)在的知識時，回顧曾經(jīng)的發(fā)展道路，會有意想不到的收獲。
航天飛機的寬度是由馬屁股決定的。
代碼可以在Github找到。
