前言

本文中的编译根据上下文有不同的含义，请注意区分。

编译原始概念是指：将 a.m 编译为 a.out
本文中，也可以用来表示根据项目产出构建产物（含“执行脚本”、“文件复制”等可选操作）

笔者每次进行 clang 工程编译时，都会被编译耗时困扰。 clang 每次编译都在5分钟左右。首先，先提供一份效果对比图。

图1，如下所示，笔者在只改动 1 行代码时，编译速度耗时 300.1 秒。

图2，经过简单的处理，编译速度被优化到 28.6 秒。

Xcode 的编译构建

当我们执行点击运行按钮时，Xcode 会执行以下步骤：

执行 BuildAction ，为后续的 LaunchAction 做准备

        <BuildAction
          parallelizeBuildables = "YES"
          buildImplicitDependencies = "YES">
          <BuildActionEntries>
             <BuildActionEntry
                buildForTesting = "NO"
                buildForRunning = "YES"
                buildForProfiling = "YES"
                buildForArchiving = "YES"
                buildForAnalyzing = "YES">
                <BuildableReference
                   BuildableIdentifier = "primary"
                   BlueprintIdentifier = "A79DD8637E8944CF96F0A620"
                   BuildableName = "clang"
                   BlueprintName = "clang"
                   ReferencedContainer = "container:../../build/Xcode-DebugAssert/llvm-macosx-x86_64/LLVM.xcodeproj">
                </BuildableReference>
             </BuildActionEntry>
          </BuildActionEntries>
        </BuildAction>

执行 LaunchAction，运行程序

    <LaunchAction
      buildConfiguration = "Debug"
    selectedDebuggerIdentifier = "Xcode.DebuggerFoundation.Debugger.LLDB"
      selectedLauncherIdentifier = "Xcode.DebuggerFoundation.Launcher.LLDB"
    launchStyle = "0"
      useCustomWorkingDirectory = "NO"
      ignoresPersistentStateOnLaunch = "NO"
      debugDocumentVersioning = "YES"
      debugServiceExtension = "internal"
      allowLocationSimulation = "YES">
      <BuildableProductRunnable
         runnableDebuggingMode = "0">
         <BuildableReference
            BuildableIdentifier = "primary"
            BlueprintIdentifier = "A79DD8637E8944CF96F0A620"
            BuildableName = "clang"
            BlueprintName = "clang"
            ReferencedContainer = "container:../../build/Xcode-DebugAssert/llvm-macosx-x86_64/LLVM.xcodeproj">
       </BuildableReference>
      </BuildableProductRunnable>
    </LaunchAction>

Action 详解

下面会重点讲解两个 Action 的各种配置参数。阅读本文可以只看LaunchAction 关键配置 和 BuildAction 关键配置。LaunchAction 其它主要配置 和 BuildAction 其它主要配置可以当做扩展阅读。

LaunchAction 关键配置

buildConfiguration ，代表执行 LaunchAction 使用的配置组合名。默认是 Debug
通过 Xcode 新建的项目会有 Debug 和 Release 两种配置组合。
Build Settings 中可以增加新的配置组合。如下，LLVM 共计有 4 种配置组合。
通过配置组合，开发者可以快速调整编译选项。如下，clang 在不同的配置组合下，开启了不同的编译优化级别
BuildableProductRunnable 编译配置。
ReferencedContainer 代表依赖的文件位置

BlueprintIdentifier 代表 ReferencedContainer 的节点ID。A79DD8637E8944CF96F0A620 的内容会在下一节重点讲解（后面会用 clang-target 代替）

  <BuildableProductRunnable
          runnableDebuggingMode = "0">
          <BuildableReference
        BuildableIdentifier = "primary"
        BlueprintIdentifier = "A79DD8637E8944CF96F0A620"
        BuildableName = "clang"
        BlueprintName = "clang"
        ReferencedContainer = "container:../../build/Xcode-DebugAssert/llvm-macosx-x86_64/LLVM.xcodeproj">
      </BuildableReference>
  </BuildableProductRunnable>

LaunchAction 其它主要配置

selectedDebuggerIdentifier = "Xcode.DebuggerFoundation.Debugger.LLDB" 代表使用的调试器。如果不希望调试程序，可以通过置为空，避免启动调试器。selectedDebuggerIdentifier = ""
selectedLauncherIdentifier = "Xcode.DebuggerFoundation.Launcher.LLDB" 代表使用的启动器。如果不希望调试程序，可以改为 Spawn 模式。 selectedLauncherIdentifier = "Xcode.IDEFoundation.Launcher.PosixSpawn"
debugAsWhichUser 代表是否使用 root 用户执行程序。
allowLocationSimulation 是否模拟自己的所在位置。通常用于开发 APP 进行位置模拟时使用。
enableAddressSanitizer = "YES" 是否启用地址杀毒剂。可以用于调试 EXC_BAD_ACCESS 等问题
enableASanStackUseAfterReturn = "YES"
enableUBSanitizer = "YES"
launchStyle = "1" 启动类型，1 代表需要程序员手动执行程序，0 代表自动执行程序
CommandLineArguments 启动APP时传递的参数
- EnvironmentVariables 环境变量，比如，可以通过以下命令控制动态库的动态加载（看过调试 iOS 的 objc 运行时，你可能还需要掌握这些知识的同学，可以研究一下这个环境变量）
```
<EnvironmentVariables>
   <EnvironmentVariable
      key = "DYLD_INSERT_LIBRARIES"
      value = "A_DYLD_INSERT_LIBRARIES"
      isEnabled = "YES">
   </EnvironmentVariable>
</EnvironmentVariables>
```

BuildAction 的关键配置

parallelizeBuildables = "YES" 执行编译任务时，是否多任务并行处理
buildImplicitDependencies = "NO" 是否查找隐式依赖

BuildAction 的其它重要配置

BuildActionEntry 执行其它action时，是否触发 BuildAction。
- buildForTesting = "NO" 代表，执行单测任务时，不需要触发编译
- buildForRunning = "YES" 代表，执行运行任务时，需要触发编译任务

project.pbxproj 的 `clang-target` 配置

在 LaunchAction 中，我们曾经提到 clang-target （A79DD8637E8944CF96F0A620）。因这部分的配置是在 project.pbxproj 中维护，所以单独用一个小节讲解一下。如下所示，project.pbxproj 项目中关于 clang-target )的配置（因为篇幅原因，dependencies 被省略了一部分）

A79DD8637E8944CF96F0A620 /* clang */ = {
    isa = PBXNativeTarget;
    buildConfigurationList = A7BAD0EC9F7549319D37DAB4 /* Build configuration list for PBXNativeTarget "clang" */;
    buildPhases = (
        8720B378A9BF485883000F4C /* Sources */,
        05FD7D0438324244B5AB2823 /* CMake PostBuild Rules */,
    );
    buildRules = (
    );
    dependencies = (
        5D887B4D650A443FAD81013A /* PBXTargetDependency */,
........
........
........
    );
    name = clang;
    productName = clang;
    productReference = 66B22582EC2946B9B97BCED6 /* clang */;
    productType = "com.apple.product-type.tool";
};

isa 就像 OC 中的类有自己的 isa 属性一样，这里同样有isa 标明这是一个 target PBXNativeTarget

buildConfigurationList 指向一个列表，该列表负责维护 clang-target 有几种配置组合

A7BAD0EC9F7549319D37DAB4 /* Build configuration list for PBXNativeTarget "clang" */ = {
        isa = XCConfigurationList;
        buildConfigurations = (
            4FF7FFFB5E8D4AFAB08BDF78 /* Debug */,
            895C7D31C2AE46899583672D /* Release */,
            85E6509B95FE4402A01A4657 /* MinSizeRel */,
            1BAC7DB5A2ED41A0A31AB96E /* RelWithDebInfo */,
        );
        defaultConfigurationIsVisible = 0;
        defaultConfigurationName = Debug;
    };

buildPhases 负责维护一个编译 phase 列表

PBXSourcesBuildPhase 源码编译：指向 clang-target 的编译代码

注意：这里只有 cpp c m 等文件，没有h 等头文件

    8720B378A9BF485883000F4C /* Sources */ = {
        isa = PBXSourcesBuildPhase;
        buildActionMask = 2147483647;
        files = (
            F91A7D5B43464D99B6C2B745 /* cc1_main.cpp in Sources */,
            77711346965C4D53B41045FE /* cc1as_main.cpp in Sources */,
            FCA5E4060CCE4B9FBE948241 /* cc1gen_reproducer_main.cpp in Sources */,
            98295C12ADE0429190E290C0 /* driver.cpp in Sources */,
            5C039FA62D1A42F2946FBDC0 /* dummy.cpp in Sources */,
        );
        runOnlyForDeploymentPostprocessing = 0;
    };

PBXShellScriptBuildPhase 脚本执行。（执行效果是通过创建链接的方式，将 clang++ clang-cl clang-cpp 指向 clang-target 的构建产物 clang）

           05FD7D0438324244B5AB2823 /* CMake PostBuild Rules */ = {
                    isa = PBXShellScriptBuildPhase;
                    buildActionMask = 2147483647;
                    files = (
                    );
                    name = "CMake PostBuild Rules";
                    runOnlyForDeploymentPostprocessing = 0;
                    shellPath = /bin/sh;
                    shellScript = "make -C ~/swift-source/build/Xcode-DebugAssert/llvm-macosx-x86_64/tools/clang/tools/driver -f ~/swift-source/build/Xcode-DebugAssert/llvm-macosx-x86_64/tools/clang/tools/driver/CMakeScripts/clang_postBuildPhase.make$CONFIGURATION OBJDIR=$(basename \"$OBJECT_FILE_DIR_normal\") all";
                    showEnvVarsInLog = 0;
                };

dependencies 负责维护的依赖列表（可以近似理解为对静态库或动态库的依赖）。clang-target 共计有 108 个依赖。
- 如下所示，这个依赖表明只有LLVMDemangle完成构建后， clang-target 才能执行完毕

       5D887B4D650A443FAD81013A /* PBXTargetDependency */ = {
                isa = PBXTargetDependency;
                target = 4F1F4485C1C44E48A8AF56BB /* LLVMDemangle */;
                targetProxy = 2A241593F41943B38ACDA422 /* PBXContainerItemProxy */;
            };

name 代表target的名字。
productName 代表该 target 产物的名字。
- 如下，左侧是 name ，右侧是 productName
productReference 代表产物的ID
productType 代表产物的类型。字段的含义可以参考 /Applications/Xcode.app/Contents/Developer/Platforms/MacOSX.platform/Developer/Library/Xcode/Specifications/MacOSX Product Types.xcspec
- clang的产物类型是 com.apple.product-type.tool，代表 普通 Unix 命令行可执行文件

         // Tool (normal Unix command-line executable)
          {   Type = ProductType;
              Identifier = com.apple.product-type.tool;
              Class = PBXToolProductType;
              Name = "Command-line Tool";
              Description = "Standalone command-line tool";
              IconNamePrefix = "TargetExecutable";
              DefaultTargetName = "Command-line Tool";
              DefaultBuildProperties = {
                  FULL_PRODUCT_NAME = "$(EXECUTABLE_NAME)";
                  MACH_O_TYPE = "mh_execute";
                  EXECUTABLE_PREFIX = "";
                  EXECUTABLE_SUFFIX = "";
                  REZ_EXECUTABLE = YES;
                  INSTALL_PATH = "/usr/local/bin";
                  FRAMEWORK_FLAG_PREFIX = "-framework";
                  LIBRARY_FLAG_PREFIX = "-l";
                  LIBRARY_FLAG_NOSPACE = YES;
                  GCC_DYNAMIC_NO_PIC = NO;
                  GCC_SYMBOLS_PRIVATE_EXTERN = YES;
                  GCC_INLINES_ARE_PRIVATE_EXTERN = YES;
                  STRIP_STYLE = "all";
                  CODE_SIGNING_ALLOWED = YES;
              };
              PackageTypes = (
                  com.apple.package-type.mach-o-executable   // default
              );
              WantsSigningEditing = YES;
              WantsBundleIdentifierEditing = YES;
          },

优化原理

当我们执行点击运行按钮时，Xcode 会执行以下步骤：

读取各类配置信息
- 根据 LaunchAction确定配置组合，本例是 Debug
- 根据 LaunchAction确定编译 target，本例是 clang-target
- 根据 BuildAction确定是否查找隐式依赖
- 根据 BuildAction确定是否并行编译
- 根据 编译 target 确定前置依赖的 dependencies，递归执行本步骤
- 根据依赖图dependencies确定编译任务
并发或者顺序执行编译步骤
- 预处理
- 编译
- 链接
- 对产物签名
- 执行脚本

实际上，上面构建依赖图的根本原因是：编译 clang 需要其它 target 的些构建产物才能完成。 重点：在增量编译场景下，大部分的产物实际上是保持不变的，只有少数几个静态库会发生变化。

优化步骤

下面，我们看一下如何针对增量编译场景特殊处理：

通过快捷键或者鼠标，复制一份新的 clang target，我们可以称之为 clang-mini

重点：复制的原因是，我们可以在某些场景下（比如不小心删除了某个文件），通过 clang 快速编译所有的依赖产物
更改 Product Name

重点：不是所有的优化都需要此步骤，clang 执行此步骤的原因是之前提到过，编译完成后，会有脚本创建clang++ 等快捷方式，所以，这里特定调整一下

保留会有源文件变更的依赖比如，我保留 LLVMDemangle 依赖的原因是，我需要加一下日志进行调试。
关闭隐式依赖的查找重点：对于clang，这步的意义不大。但是，某些项目可能存在大量的隐式依赖，关掉这个开关，并且将依赖放到上一步的Dependencies中，可以节省大量的编译消耗

总结

本文通过分析 Xcode 运行构建工作的原理，提供了一种新的思路，可以快速降低大型项目的增量编译的时间消耗。

前言