雜談-通過編譯器優(yōu)化代碼

前段時(shí)間有人問我,如何考慮編譯優(yōu)化。我想了想,但是因?yàn)樽约簺]有學(xué)過這方面的課程,也沒有總結(jié)出成套的體系(畢竟自己一共就只吃了幾年程序員的??),所以,只能告訴他,“把自己當(dāng)做編譯器的作者。當(dāng)編譯器的作者面對(duì)自己的代碼時(shí),他能做些什么”

扯淡結(jié)束,下面通過一個(gè)小例子講講“為什么 Objective-C 難以進(jìn)行優(yōu)化”。

Objective-C 是 C 的超集,語言創(chuàng)作者通過給 struct 添加了一些 function,把 struct 升級(jí)為了 class。當(dāng)然,實(shí)際情況不會(huì)像我說的這樣簡(jiǎn)單,肯定會(huì)更加復(fù)雜,但我這里只是講和下文相關(guān)的內(nèi)容。

struct 升級(jí)為了 class,function 也“一人得道雞犬升天”地升級(jí)為了 method。

很多 iOS 開發(fā)者都無法區(qū)分“函數(shù)”和“方法”。實(shí)際上,把它們翻譯為 function 和 method 可能區(qū)分度更高一些。

可以粗糙的用以下等式區(qū)別它們:

類 = 含有特殊字段的結(jié)構(gòu)體 + 其它
method = function + 類的引用 + 其它

首先,稍微解釋一下第一個(gè)等式。類經(jīng)過編譯后,會(huì)被打散到 mach-o 的多個(gè)地方。其中,一份信息會(huì)存儲(chǔ)到 mach-o 的 __DATA,__objc_data 字段。

如下圖。

Objective-C 中的 method 被編譯后,會(huì)被當(dāng)做函數(shù)處理,與此同此,編譯后的 mach-o 文件也會(huì)保留一些特殊信息。

如下圖,第一幅圖表示:method 編譯后,會(huì)在 段__TEXT,__text 生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的函數(shù)。第二幅圖表示:這是一個(gè)函數(shù)。第三幅圖表示:method 與 class 之間的關(guān)系會(huì)被存儲(chǔ)到 段 __DATA,__objc_const。

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我們先回顧一下它們的用法。

簡(jiǎn)單來說,類似于 [[NSObject alloc]init] 的寫法都是在調(diào)用 Objective-C 中“類”或“類的實(shí)例”的 method,而 int result = pow(x,y) 屬于調(diào)用 function 的過程。

考慮這樣一種情況,如果某個(gè)類,它的某些方法沒有被編譯器檢測(cè)到調(diào)用,比如沒有檢測(cè)到[object aMethod]這種用法。編譯器是否該把這個(gè)方法的實(shí)現(xiàn)從編譯后的 mach-o 文件內(nèi)移除,從而減小可執(zhí)行文件的體積,提到可用的內(nèi)存空間,加快載入速度?

答案是:“非常不推薦這樣做”。Objective-C 是一門動(dòng)態(tài)語言,除了直接調(diào)用外,還有大量的動(dòng)態(tài)調(diào)用方式。僅僅因?yàn)榫幾g器檢測(cè)不到調(diào)用就進(jìn)行移除是非常危險(xiǎn)的行為。

再考慮這樣一種情況,如果某個(gè)函數(shù),它沒有被編譯器檢測(cè)到被調(diào)用,比如沒有檢測(cè)到 int result = pow(0,0)。編譯器是否該把這個(gè)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)從編譯后的 mach-o 文件內(nèi)移除,從而減小可執(zhí)行文件的體積,提到可用的內(nèi)存空間,加快載入速度?

答案是:“非常推薦這樣做”。雖然通過某些方案也可以動(dòng)態(tài)調(diào)用
c 函數(shù),但是,很顯然,這樣行為非常非常少,程序員有義務(wù)自己處理這種情況或者關(guān)閉優(yōu)化器。

類似的,因?yàn)?Objective-C 可以動(dòng)態(tài)添加 method 的原因,編譯器不能直接把 [objc superMethod] 替換為 直接執(zhí)行函數(shù)superMethod(objc,...),而是需要通過遞歸地查找方法列表,檢測(cè)該方法是否被某一個(gè)父類動(dòng)態(tài)添加了實(shí)現(xiàn)。

綜上,一個(gè)動(dòng)態(tài)性非常強(qiáng)的語言是很難依靠編譯器作者的智慧進(jìn)行優(yōu)化的,所以,蘋果才會(huì)從零開始發(fā)明一種新的編程語言。

參考文章:https://llvm.org/svn/llvm-project/cfe/branches/ggreif/CallInst-operands/test/CodeGenObjC/metadata-symbols-64.m

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