在軟件開發(fā)中，靜態(tài)庫和動態(tài)庫在各個方面為我們提供了便利。在計算機專業(yè)相關課程中，我們學習過靜態(tài)庫和動態(tài)庫的一些理論，那么這些理論如何映射到 iOS 開發(fā)之中呢？iOS 中有很多相關概念和術語，對此，我并不是非常清晰。為了能夠向編譯優(yōu)化的最終目標更近一步，我花了些時間進行了學習，并總結此文以供回顧復習。如果有什么寫得不對的地方，歡迎指正。
靜態(tài)庫 VS 動態(tài)庫
靜態(tài)庫和動態(tài)庫的共同點在于：它們都是編譯好的二進制文件；不同點在于：它們的用法不同。下面兩張圖可以看出兩者在用法上的差異。
對于靜態(tài)庫，在應用程序進行編譯鏈接時，會將靜態(tài)庫中的 被使用的部分 都添加到應用程序的可執(zhí)行文件，這意味著應用程序的可執(zhí)行文件大小會隨著靜態(tài)庫數(shù)量的增加而增大。在運行時，靜態(tài)庫會隨著應用程序的可執(zhí)行文件一起加載到同一代碼區(qū)。在 iOS 開發(fā)中，應用程序的可執(zhí)行文件就是 ipa 解壓后，包內(nèi)容中與 app 同名的可執(zhí)行文件。
對于動態(tài)庫，事實上可以根據(jù)其加載時機分為兩種：動態(tài)鏈接庫、動態(tài)加載庫。
- 動態(tài)鏈接庫：當加載目標主程序的可執(zhí)行文件時，動態(tài)庫也會被加載到內(nèi)存中，即 在程序啟動時加載。
-
動態(tài)加載庫：當用到相關功能時，使用
dlopen或其他方式對相關動態(tài)庫進行加載，即 在程序啟動后加載。
在 iOS 開發(fā)中，在項目設置【General】->【Frameworks, Libraries, and Embedded Content】中，定義了應用程序所依賴的靜態(tài)庫和動態(tài)庫。
- 對于 系統(tǒng)動態(tài)庫，可以將
Embed屬性設置成Do Not Embed，因為 iOS 系統(tǒng)提供了相關的庫，我們無需將它們再嵌入到應用程序的 ipa 包中，如：Foundation.framework、UIKit.framework。 - 對于 用戶動態(tài)庫，需要將
Embed屬性設置成Embed，因為鏈接發(fā)生在運行時，鏈接器需要從應用程序的 ipa 包中加載完整的動態(tài)庫。 - 對于 靜態(tài)庫，需要將
Embed屬性設置成Do Not Embed，因為鏈接發(fā)生在編譯時，編譯完成后相關代碼都已經(jīng)包含在了應用程序的可執(zhí)行文件中了，無需在應用程序的 bundle 中再保存一份。
Library VS Framework
在 iOS 開發(fā)中，有兩個令人難以分清的概念：框架（Framework）、庫（Library）。下面，我們來捋一捋這兩個概念。
庫是所有 UNIX 系統(tǒng)共有的，可移植；框架是 OSX/iOS 特有的，不可移植。為了提供對 OSX/iOS 的高級特性的支持，同時又不愿意這些特性被移植到其他平臺，蘋果提出了 框架 的概念。不過，從本質(zhì)而言，框架是基于庫實現(xiàn)的，可以認為框架是對庫進行了封裝，是一種特殊形式的庫。
框架 = 庫（靜態(tài)庫/動態(tài)庫）+ .h（頭文件） + bundle（資源包）
從本質(zhì)而言，庫是一個二進制文件。因此，對于 OSX/iOS 和 UNIX 而言，其具體格式也有所不同。在 OSX/iOS 中，庫采用 Mach-O 格式進行存儲；在 UNIX 中，庫采用 ELF 格式進行存儲。除此之外，庫在兩種操作系統(tǒng)中的命名后綴也有一定的差異。對于 OSX/iOS，靜態(tài)庫的后綴是 .a，動態(tài)庫的后綴是 .dylib；在 UNIX 中，靜態(tài)庫的后綴是 .a，動態(tài)庫的后綴是 .so。
在 OSX/iOS 中，還有一種后綴為 .tbd 的動態(tài)庫。.tbd 文件本質(zhì)上是一個 YAML 文本文件，其描述了需要鏈接的動態(tài)庫信息，其主要目的是 減小應用程序的下載大小。當應用程序引用了用戶設備中 /usr/lib/ 目錄下的 .dylib 動態(tài)庫時，會自動生成一個 .tbd 文件，其僅僅描述了項目中引用的動態(tài)庫信息，因此可以減小應用程序的下載大小。具體細節(jié)見 傳送門。
Umbrella Framework
保護傘框架（Umbrella Framework）本質(zhì)上可以認為是 對普通框架進行了封裝，其包含了多個框架并隱藏它們彼此之間復雜的依賴關系。舉個例子，Cocoa 框架就是一個保護傘框架，其包含了三個框架：AppKit、CoreData、Foundation。
/*
Cocoa.h
Cocoa Framework
Copyright (c) 2000-2004, Apple Computer, Inc.
All rights reserved.
*/
#import <Foundation/Foundation.h>
#import <AppKit/AppKit.h>
#import <CoreData/CoreData.h>
Framework Bundle Structure
上文提到框架本質(zhì)上就是對庫進行了封裝，其包含一個或多個共享庫以及相關的支持文件。下面，我們分別來看看普通框架和保護傘框架的目錄結構。
首先，我們需要找到框架的保存位置。事實上，框架保存在文件系統(tǒng)中的多個位置：
-
/System/Library/Frameworks：保存蘋果提供的框架，如：Foundation.framework，AVFoundation.framework -
/Library/Frameworks：保存第三方框架。iOS 上該目錄為空。如：OpenVPN.framework，Carthage.framework。 -
~/Library/Frameworks：保存用戶提供的框架（如果有的話）。
此外，應用程序也可能會包含自己的框架，在其 Contents/Frameworks 目錄下保存了應用程序專用的框架。其實，這里對應的就是應用程序 ipa 包中的 Frameworks 目錄。
通過查看這些路徑下的框架結構，我們可以發(fā)現(xiàn)大多是普通框架，其目錄結構大致如下：
MyFramework.framework/
Headers -> Versions/Current/Headers
MyFramework -> Versions/Current/MyFramework
Resources -> Versions/Current/Resources
Versions/
A/
MyFramework
Resources/
English.lproj/
InfoPlist.strings
Info.plist
Current -> A
框架使用了與應用程序不同的 bundle 結構。框架基于早期的 bundle 格式，支持同時將多個版本的框架和頭文件存放在一個 bundle 中，也就是上述這種結構。這種類型的 bundle 被稱為 Versioned Bundle。
系統(tǒng)通過目錄名稱上的 .framework 擴展名來識別框架。框架目錄下的各個目錄和文件的作用如下：
-
Versions：存放了多個版本的框架，分別用A、B、C... 這樣的子目錄進行保存。通過一個Current符號鏈接來選擇使用哪個版本的框架。 -
Resources：基于Versions/Current的符號鏈接，指向當前版本的框架的Resources目錄。 -
MyFramework：基于Versions/Current的符號鏈接，指向當前版本的框架的MyFramework目錄。 -
Headers：基于Version/Current的符號鏈接，指向當前版本的框架的Headers目錄，存放了希望暴露給開發(fā)者的公開頭文件。
上面介紹了普通框架的結構，而保護傘框架的結構其實跟普通框架的結構基本一致，唯一區(qū)別在于：保護傘框架會多一個 Frameworks 目錄，用于保存其封裝的子框架。如下所示是 Core Servives 保護傘框架的結構：
CoreServices.framework/
CoreServices -> Versions/Current/CoreServices
CoreServices_debug -> Versions/Current/CoreServices_debug
CoreServices_profile -> Versions/Current/CoreServices_profile
Frameworks -> Versions/Current/Frameworks
Headers -> Versions/Current/Headers
Resources -> Versions/Current/Resources
Versions/
A/
CoreServices
CoreServices_debug
CoreServices_profile
Frameworks/
CarbonCore.framework
CFNetwork.framework
OSServices.framework
SearchKit.framework
WebServicesCore.framework
Headers/
Components.k.h
CoreServices-gcc3.p
CoreServices-gcc3.pp
CoreServices.h
CoreServices.p
CoreServices.pp
CoreServices.r
Resources/
Info-macos.plist
version.plist
Current -> A
除此之外，我們在構建自定義框架時，會發(fā)現(xiàn)框架結構下會有一個 Modudles 目錄，該目錄下默認有一個 module.modulemap 文件。事實上，module.modulemap 是一個模塊映射文件，能夠使框架支持模塊（以及子模塊），在編譯時也能夠利用模塊編譯的優(yōu)勢進行加速。關于模塊相關的內(nèi)容，可見 傳送門。
注意：CocoaPods 會將每個 pod 轉換為 Umbrella Framework 并添加 module map 使其支持模塊。因此，每個 Pod 的 Supporting File 中會有兩個對應的文件：PodName-umbrella.h（Umbrella Header）、PodName.modulemap（Module Map）。
CocoaPods
在 Podfile 中有兩個選項經(jīng)常令人迷惑：use_frameworks!、use_modular_headers!。那么這兩者有什么區(qū)別呢？
我們知道在 Xcode 9 之前，不支持 Swift 靜態(tài)庫編譯，因此 Swift pod 不得不使用動態(tài)庫編譯，即使用 use_frameworks!。但是，引用了大量動態(tài)庫會導致應用程序啟動時間變長。
好在 Xcode 9 之后開始支持 Swift 靜態(tài)庫編譯。為了充分利用該特性，從 CocoaPods 1.5.0 開始，對于 Swift pod，開發(fā)者不用必須在 Podfile 中指定 user_frameworks! 以強制使用動態(tài)庫編譯。不過，要注意的是，如果一個 Swift pod 依賴了一個 OC pod，那么我們要為對應的 OC pod 開啟 modular headers（use_modular_headers! 就會開啟 modular headers）。那么，Swift 引用 OC 時為什么要開啟 modular headers？事實上，開啟 modular headers 的本質(zhì)就是將 pod 轉換為 Modular（也就是支持模塊），而 Modular 是可以直接在 Swift 中 import 的，不需要再經(jīng)過 bridging-header 進行橋接，從而簡化了 Swift 引用 OC 的方式。
只有支持了模塊的框架，才能支持通過模塊化頭文件（Modular Header）的方式進行導入。Clang 支持模塊編譯，能夠加速編譯，減少出錯。我們可以通過添加 modulemap 文件使框架支持模塊。
簡化 Swift 引用 OC 的方式是使用 use_modular_headers! 的一個原因，除此之外，use_modular_headers! 還能夠解決一個歷史原因。
在 CocoaPods 誕生之初，其致力于封裝盡可能多的第三方庫。為此，CocoaPods 使用了較為寬松的頭文件搜索路徑（Header Search Paths），允許 pod 之間的相互引用，無需考慮命名空間，不必采用 #import <NameSpace/fileName.h> 的模塊導入方式，允許采用 #import "fileName.h" 的導入方式。
但是，如果給 pod 添加 module map 使其支持模塊化，會導致 #import "fileName.h" 無法正常導入。使用 use_modular_headers! 可以強制使用更優(yōu)的模塊導入方式。
在 CocoaPods 1.5.0 中，為了使用模塊導入方式。對于 pod 開發(fā)者，可以在 pod_target_xxconfig 內(nèi)設置 'DEFINES_MODULE' => 'YES'。對于 pod 使用者，可以在 Podfile 中添加 use_modular_headers! 指定采用模塊導入的方式，也可以通過 :modular_headers => true 配置只讓特定的 pod 采用模塊導入的方式。
總結
本文首先介紹了靜態(tài)庫和動態(tài)庫的區(qū)別，然后介紹了 iOS 中庫與框架的概念及其區(qū)別，最后介紹了 CocoaPods 中 use_frameworks! 和 use_modular_headers! 的區(qū)別。
參考
- iOS靜態(tài)庫與動態(tài)庫的區(qū)別與打包
- 初識iOS中的動態(tài)庫和靜態(tài)庫
- 深入剖析iOS動態(tài)鏈接庫
- iOS 開發(fā)中的『庫』(一)
- iOS 開發(fā)中的『庫』(二)
- 細說iOS靜態(tài)庫和動態(tài)庫
- Creating a Framework for iOS
- What is the difference between Embedded Binaries and Linked Frameworks
- 通過dlopen使用動態(tài)庫
- Embedding Frameworks In An App
- iOS的靜態(tài)庫和動態(tài)庫
- Why Xcode 7 shows *.tbd instead of *.dylib?
- Overview of Dynamic Libraries
- “Do Not Embed”, “Embed & Sign”, “Embed Without Signing”. What are they?. What they do?
- 《深入解析 MacOSX 與 iOS 操作系統(tǒng)》
- CocoaPods 1.5.0 — Swift Static Libraries
- 為什么應該用模塊取代C/C++中的頭文件？
- Introduction to Framework Programming Guide
- 應用 Swift 靜態(tài)庫的各種坑
- iOS - Umbrella Header在framework中的應用
- Module System of Swift
- cocoapods的靜態(tài)庫和動態(tài)庫
