静态库与动态库

Object File

object file是个有结构的位元块。这些位元块包含程序代码】准备给Linker和Loader使用的相关信息。

查看object file：

objdump -macho -section-headers /bin/ls

object file的形式：

• Relocatable：包含可以在编译时被其他Relocatable链接的代码和数据，以生成Executable。多个Relocatable可被封装成.a（archive）静态库（static library、static archive）。
• Executable：可以载入内存的执行的指令集合。链接器会把静态库中的代码给定一个固定的load地址，并包含（copies and relocates）进Executable中。且每个Executable使用静态库都要拷贝一份静态库。
• Shared：一种特殊形式的Relocatable，类似动态库。不并入任何Executable，可在多个Executable之间共享。
• Bundle：在macOS中长作为插件使用。

macOS支持的可执行格式

可执行格式	magic	用途
脚本	\x7FELF	主要用于 shell 脚本，但是也常用语其他解释器，如 Perl, AWK 等。也就是我们常见的脚本文件中在 #! 标记后的字符串，即为执行命令的指令方式，以文件的 stdin 来传递命令
通用二进制格式	0xcafebabe 0xbebafeca	包含多种架构支持的二进制格式，只在 macOS 上支持
Mach-O	0xfeedface（32 位） 0xfeedfacf（64 位）	macOS 的原生二进制格式

通用二进制格式

通用二进制格式（Universal Binary、Fat Binary）。Apple提出这个是为了解决一些历史问题。macOS，更确切地说是OS X，最早是基于PPC架构的，后来才移植到Intel架构（OSX Tiger 10.4.7开始），通用二进制格式可以在PPC和x86两种处理器上执行。即，对多架构二进制文件的打包集合文件。

macOS的多架构二进制文件就是适配不同架构的Mach-O文件。

Mach-O

Mach-O（Mach Object File Format）是苹果平台OS上的可执行文件格式，类似于Linux和大部分UNIX的原声格式ELF（Extensible Firmware Interface）。

文件格式

mach-o

Mach-O格式主要由以下3部分组成：

• Mach-O头（Mach-O Header）：描述了Mach-O的CPU架构、文件类型、加载命令等信息。
• 加载命令（Load Command）：描述了文件中数据的具体组织结构，不同的数据类型使用不同的加载命令表示。
• 数据（Data）：存储每个段（Segment）的数据。段拥有一个或多个Section，存储数据和代码，与ELF文件中的段类似。

参考

• Mach-O 文件格式探索 · GitBook
• 深入剖析Macho (1) | SatanWoo
• ObjC 中国 - Mach-O 可执行文件

静态库

静态库（Static Libraries），多个目标文件（object file）的打包集合。

特点：

• 静态库会直接嵌入到App的Mach-O中。
• 编译时已经链接，启动时不需要二次查找。因此App启动更快。
• 每个Executable使用都要拷贝一份静态库。

图1 使用静态库的应用

构建设置

• Linking-Math-O Type: Static Library
• Dead Code Stripping: No

动态库

动态库（动态链接库、Dynamic Libraries、Shared Library、Shared Object），同样也是目标文件的集合，与静态库区别的是嵌入App的方式和在App加载的方式。

特点：

• 以独立文件嵌入App包中。
• App的Mach-O中只包含其引用信息，使用的时候才进行动态链接和加载。可在两个时机载入，并动态分配一段地址：
  • App载入时（load time）：启动时加载，称为动态链接库。
  • App运行时（run time）：启动后加载，称为动态加载库。
• 多个Executable使用都不会进行拷贝。可独立更新。

只有系统库或在macOS上的动态库才有以上自由选择载入时机的特性，在iOS中，只能通过Embedding Frameworks的方式使用动态库，并在启动时载入与链接动态库。而其链接动态库也是造成启动时间长的原因。

在iOS的多个Executable可以是App和Extension，他们可以共用包中的framework。

列出所有动态链接的库：

otool -L <PathToArchive>/Products/Applications/<AppName>.app/<AppBinary>

图2 使用动态库的应用程序

区分

使用file命令输出对应的Mach-O信息：

静态库：current ar archive random library

动态库：dynamically linked shared library

性能差异

待定。

framework

framework时一个有着特定结构的文件夹，里面包含各种共享的资源。如：静态库/动态库、头文件、模块信息和资源（例如storyboard、xib、图像文件和本地化字符串）。

其中framework里面的object file类型决定了其可用的资源：

静态库：只能使用其中的头文件、模块信息。

动态库：可全部使用，即除了头文件、模块信息，还能嵌入资源。

集成方式

集成到App时有以下两个选项：

• Linked：仅链接。启动时链接则勾选，否则要运行时才链接则不勾选。
• Embedded：拷贝到App包中的framework目录。

对于静态库和动态库framework有不同的选择：

静态库：Linked。因为静态库已经拷贝到App的Executable Mach-O文件中，Embed是没意义的，虽然Xcode允许这样做。

动态库：Linked（iOS可选，macOS必选） + Embedded

动态更新动态库

这里的动态更新是针对于已编译的包的动态更新，不是运行时的动态更新。

首先对于iOS，上App Store的App是不允许动态更新动态库的，因为在iOS中使用动态库只能通过framework形式，而上App Store会进行签名，其中就包含对framework的哈希，即上架后，就不允许改变其framework。而动态更新framework的方式可以在in house和develop模式下使用。

iOS 利用 Framework 进行动态更新.md

CocoaPods中的使用

Podfile：

• use_frameworks!：当前范围使用framework。可以指定动态库、静态库。
  • use_frameworks! :linkage => :dynamic
  • use_frameworks! :linkage => :static

Podspec：

• spec.static_framework = true：当使用use_frameworks!标记时，使用静态库framework。
• 引用系统库：
  • spec.frameworks = 'QuartzCore', 'CoreData'
  • spec.libraries = 'xml2', 'z'
• 引用外部库：
  • spec.vendored_frameworks = 'MyFramework.framework', 'TheirFramework.framework'
  • spec.vendored_libraries = 'libProj4.a', 'libJavaScriptCore.a'

动态库巧用

减少静态库的依赖拷贝

通过前面我们知道可执文件（主程序或者动态库）在构建的链接阶段，遇到静态库，吸附进来；遇到动态库，打标记，彼此保持独立。

正因为动态库是保持独立的，那么可以自定义一个动态库把依赖的静态库吸附进来。对外整体呈现的是动态库特性。其他的组件依赖我们自定义的动态库，由于隔离性的存在，不会出现问题。

这个思路在处理项目组件化的时候非常有用，尤其是在使用Swift的项目中。

处理静态库之间的符号冲突

背景：需要知道，在打包IPA的时候，最终静态库会被连接到最终的那个可执行文件中。所以如果多个静态库拥有了相同的符号必定会产生符号冲突。

静态库的符号和动态库库符号可以隔离，进而避免了链接时产生的符号冲突。

这一点在处理一些由于底层三方库源码不能手动修改（比如boringssl与openssl）的时候，非常有用。

参考

• 翻译-在应用程序中嵌入framework.md
• 年轻人，听说你想使用Framework.md
• iOS动态库、静态库及使用场景、方式 - 简书