iOS中的静态库和动态库

Posted 2022-11-17 DCSnail-蜗牛

什么是库

库是共享程序代码的方式，库从本质上来说是一种可执行代码的二进制格式，可以被载入内存中执行。

库的类型

一般分为静态库和动态库。
静态库一般是xxx.a的形式，动态库一般在windows下是xxx.dll、在Linux下是xxx.so，在Mac下是系统的动态库是xxx.tbd(以前为.dylib)的形式。

静态库

利用静态函数库编译成的文件比较大，因为整个函数库的所有数据都会被整合进目标代码中，他的优点就显而易见了，即编译后的执行程序不需要外部的函数库支持，因为所有使用的函数都已经被编译进去了。当然这也会成为他的缺点，因为如果静态函数库改变了，那么你的程序必须重新编译。

动态库

对于静态函数库，动态函数库在编译的时候 并没有被编译进目标代码中，你的程序执行到相关函数时才调用该函数库里的相应函数，因此动态函数库所产生的可执行文件比较小。由于函数库没有被整合进你的程序，而是程序运行时动态的申请并调用，所以程序的运行环境中必须提供相应的库。动态函数库的改变并不影响你的程序，所以动态函数库的升级比较方便。

静态库与动态库的区别

静态库：在编译时完整地拷贝至可执行文件中，被多次使⽤就有多份冗余拷贝。

动态库：在编译时不需要拷贝到可执行文件中，程序运行时由系统动态加载到内存，供程序调用。

共同点：静态库和动态库都是闭源库，只能拿来满足某个功能的使用，不会暴露内部具体的代码信息。

静态库和动态库的优缺对比

静态库优点：静态库在编译完成之后，库文件实际上就没有作用了，目标程序没有外部依赖，直接就可以运行。
静态库缺点：静态库需要拷贝至可执行文件中，所以会使用目标程序的体积增大。如果一次性加载的内容过多，会造成App启动慢。

动态库优点：系统只加载一次，就可以使多个程序共用，节省内存。
动态库缺点：动态载入会带来一部分性能损失，使用动态库也会使得程序依赖于外部环境；如果环境缺少动态库或者库的版本不正确，就会导致程序无法运行。

库在ios中的形式

iOS中静态库形式：xxx.a和 xxx.framework。
iOS中动态库形式：xxx.tbd（或xxx.dylib）和 xxx.framework。

.framework和.a的区别

.a是一个纯二进制文件，.framework中除了有二进制文件之外还有资源文件。.a文件不能直接使用，至少要有.h文件配合，.framework文件可以直接使用(.h等资源已经在其内部，图片资源一般再打一个.bundle文件)。

所以 .a + .h + sourceFile = .framework。总之，也建议大家使用.framework的形式。

从源码到可执行文件

先来看看编译过程，为我后面说到的做个铺垫。当我们点击了 build 之后，做了什么事情呢？

1.预处理（Pre-process）：把宏替换，删除注释，展开头文件，产生 .i 文件。
2.编译（Compliling）：把之前的 .i 文件转换成汇编语言，产生 .s文件。
3.汇编（Asembly）：把汇编语言文件转换为机器码文件，产生 .o 文件。
4.链接（Link）：对.o文件中的对于其他的库的引用的地方进行引用，生成最后的可执行文件（同时也包括多个 .o 文件进行 link）。

以一个简单的sum文件源代码为例，介绍一下从源码到app的过程。

int sum(int a, int b) 
    return a+b;

首先，先预处理为.i文件，gcc -E sum.c -o sum.i。
再编译为汇编文件， gcc -S sum.i -o sum.s。
再汇编为二进制的.o文件，gcc -c sum.s -o sum.o。
.o文件就是C/C++编译的二进制文件，因为C/C++编译的单元编译。每一个.c/.cpp文件就是一个编译单元，把所有单元都编译好之后，再连接成一个完整的程序。

静态库是指编译链接时，把库文件的代码全部加入到可执行文件中，因此生成的文件比较大，但在运行时也就不再需要库文件了。其后缀名一般为.a。.a文件实质上就是.o文件打了个包。

动态库编译链接时，在编译链接时并没有把库文件的代码加入到可执行文件中，而是在程序执行时由运行时链接文件加载库，这样可以节省系统的开销。

iOS详细过程

Clang的任务：预处理、词法分析、语法分析、语义分析、静态分析、生成中间代码。

预处理：以#开头的代码预处理。包括引入的头文件和自定义宏。
词法分析：每一个.m源文件的声明和定义从string转化为特殊的标记流。
语法分析：将标记流解析成一颗抽象语法树（ abstract syntax tree-AST）。
静态分析：包含类型检查和其他检查。
中间代码生成：生成LLVM代码。
LLVM的任务：将代码进行优化并产生汇编代码。
汇编器：将可读的汇编代码转换为机器代码，最终创建一个目标对象.o文件。
链接器的任务：把目标文件和库相连，最终输出可运行文件：a.out。

Mach-O文件

编译链接的结果应该是a.out文件的，但是有一中Mach-O文件。Mach-O是Mach Object文件格式的缩写，是mac上可执行文件的格式，目标代码，动态库，内核转储的文件格式。类似于windows上的PE格式 (Portable Executable ), linux上的elf格式 (Executable and Linking Format)。

它作为a.out格式的替代，Mach-O提供了更强的扩展性，并提升了符号表中信息的访问速度。在这里Mach-O文件其实就是a.out文件。在制作framework 的时候需要选择Mach-O Type，下面即将说到。

Mach-O Type

framework既可以是静态库又可以是动态库，gcc在编译时默认使用动态库，而且系统的framework也都是默认动态的，而我们创建的framework一般都是静态库。在Xcode中可以配置Mach-O type，为Mach-O文件设置类型，可以决定framework的类型。如下图：

Mach-O文件类型分为以下五个，整好对应上面图片中的五个选项：
Executable：应用的主要二进制。
Dynamic Library：动态链接库。
Static Library：静态链接库。
Bundle：不能被链接的tbd或dylib，只能在运行时使用dlopen()或者NSBundle动态加载，可当做macOS的插件。
Relocatable Object File：可重定向文件类型，即.m，.c等文件编译出来的目标文件，文件后缀是.o。

设置为Dynamic Library的framework，需要注意一点。自己编译的动态库和系统动态库在本质上是一样的，只是使用方式不一样。自己编译的动态库由于签名校验限制，只能当作静态库一样使用；系统的动态库不受签名校验限制，可以动态加载。

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