Xcode 로 작성한 코드가 실행가능한 프로그램이 되는 과정 (Xcode build system)

Xcode Build System 이란?

• iOS, macOS 개발에 사용되는 언어 처리 시스템.
• 임의의 프로그래밍 언어로 작성된 명령어들을 실행가능한 프그로램으로 바꿔주는 역할을 함.

 

Xcode Build System 의 처리 단계

1. 전처리기(Preprocessor)
2. 컴파일러(Compiler)
3. 어셈블러(Assembler)
4. 링커(Linker)
5. 로더(Loader)

Xcode Build System 은 위의 단계들을 거쳐 코드를 실행 가능한 파일로 변환.

 

전처리기(Preprocessor)

• 전처리기는 프로그램을 컴파일러에 입력할 수 있는 형태로 변환하는 역할을 함.
• ObjC 의 경우 컴파일러가 전처리기를 갖으므로 전처리 단계에서 종속성 해석, 매크로 재정의 가 이루어짐.
• Swift 의 경우 컴파일러는 기본적으로 전처리기 자체를 갖지 않음.
  • 대신 Active Compilation Conditions 라는 옵션을 통해 전처리기의 기능을 부분적으로 제공함.
  • Active Compilation Conditions 는 빌드세팅에서 설정 가능.

• 또한, Xcode는 lower-level build system 을 통해 종속성(dependency)를 해석함.

 

컴파일러(Compiler)

• 컴파일러는 Swift, ObjC 언어를 의미상으로 동일한 어셈블리어로 변환하는 역할을 함.
• Xcode 에선 Swift 는 swiftc 를, C계열 언어(Objective-C, Objective-C++ and C/C++) 는 clang 컴파일러를 사용.

  

• 컴파일러는 front end 부분과 back end 부분으로 나뉨.
• front end 부분
  • 소스 프로그램을 의미없는 형태로 분리한 뒤 문법적 구조를 적용하여 소스 프로그램의 중간 표현 (intermediate representation) 을 생성.
  • 이 단계에서 symbol table 을 생성하고 관리. 
  • Swift 컴파일러(swiftc) 의 경우 중간 표현은 Swift Intermediate Language (SIL)이라고 부름.
  • 코드는 SIL 상태에서 더 분석되고 최적화된 다음 LLVM Intermediate Representation 으로 변환됨.

•  
• back end 부분
  • 중간 표현(SIL 또는 LLVM IR 등)을 어셈블리 코드로 변환함.

symbol 이란 코드, 데이터 조각에 붙이는 표시.
symbol table 에는 변수, 함수, 클래스 등의 이름이 저장되고 각 심볼은 특정 데이터 조각에 각각 매핑됨.
링커 단계에서 참조를 해석하는데에 사용됨.

 

어셈블러(Assembler)

• 어셈블러는 사람이 읽을 수 있는 어셈블리어를 기계 코드로 변환하는 역할을 함.
  • 기계코드는 CPU에서 바로 이해하고 수행가능한 숫자로 된 명령어 집합.
  • 기계코드는 주로 재배치 가능(relocatable) 하다고 표현되는데, 기계 코드가 주소 공간 내의 어느 위치에 있더라도 명령어는 해당 공간을 기준으로 실행된다는 의미.
• 이렇게 생성된 기계코드 파일이 Mach-O 파일.
  • Mach-O 파일은 iOS, macOS 개발에서 사용되는 파일 형식으로 코드와 데이터들을 담고 있다.
  • IPA 파일은 다른 과정없이 Mach-O 뷰어로 바로 열 수 있다.

MachOViewer 로 연 IPA 파일.

 

링커(Linker)

• 링커는 기계어로 번역된 소스코드 본체, 라이브러리( .dylib, .tbd , .a ) 등등을 연결하여 하나의 실행가능한 Mach-O 파일로 만들어줌.
• 링커는 iOS, macOS 환경에서 실행 가능한 하나의 Mach-O 파일을 생성.
  
  • 단순히 어셈블러만 거친 파일들은 아직 미완성 단계.
  • 링커를 거치며 필요한 파일들끼리 서로 연결되어야 비로소 실행가능한 파일이 완성됨.
  • 예를들어, 소스코드에서 라이브러리의 함수를 사용하는 경우 링커가 함수의 참조부와 실제 구현부를 연결해줘야만 함.
  • 링커를 거치면 실제 구현부와 참조부의 symbol 이 연결되어 참조 해석이 가능해짐. (컴파일러 단계에서 생성한 symbol table을 참조 해석에 사용).

 

로더(Loader)

• 운영체제의 한 부분인 로더는 프로그램을 메모리에 올려 실행하는 역할을 함.
• 로더는 실행에 필요한 메모리 공간을 할당하고, 레지스터들을 초기화 함.

 

Reference.

https://www.vadimbulavin.com/xcode-build-system/