你是不是经常会好奇自己参与的这么些项目，为什么有的编译起来很快，有的却很慢；编译完成后，有的启动得很快，有的却很慢。其实，在理解了编译和启动时链接器所做的事儿之后，你就可以从根儿上找到这些问题的答案了。
简单地说，链接器最主要的作用，就是将符号绑定到地址上。
现在苹果公司使用的编译器是 LLVM，相比于 Xcode 5 版本前使用的 GCC，编译速度提高了 3 倍。同时，苹果公司也反过来主导了 LLVM 的发展，让 LLVM 可以针对苹果公司的硬件进行更多的优化。
总结来说，LLVM 是编译器工具链技术的一个集合。而其中的 lld 项目，就是内置链接器。编译器会对每个文件进行编译，生成 Mach-O（可执行文件）；链接器会将项目中的多个 Mach-O 文件合并成一个。
LLVM 的编译过程非常复杂。如果你有兴趣的话，可以通过官方手册查看完整的编译过程。
简单了解编译的几个主要过程：
- 首先，你写好代码后，LLVM 会预处理你的代码，比如把宏嵌入到对应的位置。
- 预处理完后，LLVM 会对代码进行词法分析和语法分析，生成 AST 。AST 是抽象语法树，结构上比代码更精简，遍历起来更快，所以使用 AST 能够更快速地进行静态检查，同时还能更快地生成 IR（中间表示）。
- 最后 AST 会生成 IR，IR 是一种更接近机器码的语言，区别在于和平台无关，通过 IR 可以生成多份适合不同平台的机器码。对于 iOS 系统，IR 生成的可执行文件就是 Mach-O。
编译时链接器做了什么？
Mach-O 文件里面的内容，主要就是代码和数据：代码是函数的定义；数据是全局变量的定义，包括全局变量的初始值。不管是代码还是数据，它们的实例都需要由符号将其关联起来。
为什么呢？因为 Mach-O 文件里的那些代码，比如 if、for、while 生成的机器指令序列，要操作的数据会存储在某个地方，变量符号就需要绑定到数据的存储地址。你写的代码还会引用其他的代码，引用的函数符号也需要绑定到该函数的地址上。
而链接器的作用，就是完成变量、函数符号和其地址绑定这样的任务。而这里我们所说的符号，就可以理解为变量名和函数名。
如果地址和符号不做绑定的话，要让机器知道你在操作什么内存地址，你就需要在写代码时给每个指令设好内存地址。写这样的代码的过程，就像你直接在和不同平台的机器沟通，连编译生成 AST 和 IR 的步骤都省掉了，甚至优化平台相关的代码都需要你自己编写。
这件事儿看起来挺酷，但可读性和可维护性都会很差，比如修改代码后对地址的维护就会让你崩溃。而这种“崩溃”的罪魁祸首就是代码和内存地址绑定得太早。
另外，绑定得太早除了可读性和可维护性差之外，还会有更多的重复工作。因为，你需要针对不同的平台写多份代码，而这些代码本可以通过高级语言一次编译成多份。既然这样，那我们应该怎么办呢？
我们首先想到的就是，用汇编语言来让这种绑定滞后。随着编程语言的进化，我们很快就发现，采用任何一种高级编程语言，都可以解决代码和内存绑定过早产生的问题，同时还能扫掉使用汇编写程序的烦恼。
链接器为什么还要把项目中的多个 Mach-O 文件合并成一个
你肯定不希望一个项目是在一个文件里从头写到尾的吧。项目中文件之间的变量和接口函数都是相互依赖的，所以这时我们就需要通过链接器将项目中生成的多个 Mach-O 文件的符号和地址绑定起来。
没有这个绑定过程的话，单个文件生成的 Mach-O 文件是无法正常运行起来的。因为，如果运行时碰到调用在其他文件中实现的函数的情况时，就会找不到这个调用函数的地址，从而无法继续执行。
链接器在链接多个目标文件的过程中，会创建一个符号表，用于记录所有已定义的和所有未定义的符号。链接时如果出现相同符号的情况，就会出现“ld: dumplicate symbols”的错误信息；如果在其他目标文件里没有找到符号，就会提示“Undefined symbols”的错误信息。
说完了链接器解决的问题，我们再一起来看看链接器对代码主要做了哪几件事儿。
- 去项目文件里查找目标代码文件里没有定义的变量。
- 扫描项目中的不同文件，将所有符号定义和引用地址收集起来，并放到全局符号表中。
- 计算合并后长度及位置，生成同类型的段进行合并，建立绑定。
- 对项目中不同文件里的变量进行地址重定位。
- 你在项目里为某项需求写了一些功能函数，但随着业务的发展，一些功能被下掉了或者被其他负责的同事在另一个文件里用其他函数更新了功能。那么这时，你以前写的那些函数就没有用武之地了。日长月久，无用的函数越来越多，生成的 Mach-O 文件也就越来越大。
这时，链接器在整理函数的符号调用关系时，就可以帮你理清有哪些函数是没被调用的，并自动去除掉（优化性能）。
链接器在整理函数的调用关系时，会以 main 函数为源头，跟随每个引用，并将其标记为 live。跟随完成后，那些未被标记 live 的函数，就是无用函数。然后，链接器可以通过打开 Dead code stripping 开关，来开启自动去除无用代码的功能。并且，这个开关是默认开启的。
动态库链接
在真实的 iOS 开发中，你会发现很多功能都是现成可用的，不光你能够用，其他 App 也在用，比如 GUI 框架、I/O、网络等。链接这些共享库到你的 Mach-O 文件，也是通过链接器来完成的。
链接的共用库分为静态库和动态库：静态库是编译时链接的库，需要链接进你的 Mach-O 文件里，如果需要更新就要重新编译一次，无法动态加载和更新；而动态库是运行时链接的库，使用 dyld 就可以实现动态加载。
Mach-O 文件是编译后的产物，而动态库在运行时才会被链接，并没参与 Mach-O 文件的编译和链接，所以 Mach-O 文件中并没有包含动态库里的符号定义。也就是说，这些符号会显示为“未定义”，但它们的名字和对应的库的路径会被记录下来。运行时通过 dlopen 和 dlsym 导入动态库时，先根据记录的库路径找到对应的库，再通过记录的名字符号找到绑定的地址。
dlopen 会把共享库载入运行进程的地址空间，载入的共享库也会有未定义的符号，这样会触发更多的共享库被载入。dlopen 也可以选择是立刻解析所有引用还是滞后去做。dlopen 打开动态库后返回的是引用的指针，dlsym 的作用就是通过 dlopen 返回的动态库指针和函数符号，得到函数的地址然后使用。
使用 dyld 加载动态库，有两种方式：有程序启动加载时绑定和符号第一次被用到时绑定。为了减少启动时间，大部分动态库使用的都是符号第一次被用到时再绑定的方式。
加载过程开始会修正地址偏移，iOS 会用 ASLR 来做地址偏移避免攻击，确定 Non-Lazy Pointer 地址进行符号地址绑定，加载所有类，最后执行 load 方法和 Clang Attribute 的 constructor 修饰函数。
每个函数、全局变量和类都是通过符号的形式定义和使用的，当把目标文件链接成一个 Mach-O 文件时，链接器在目标文件和动态库之间对符号做解析处理。
Dynamic Linking On OS X很详细地讲解了 dyld 所做的事情
简单来说， dyld 做了这么几件事儿
- 先执行 Mach-O 文件，根据 Mach-O 文件里 undefined 的符号加载对应的动态库，系统会设置一个共享缓存来解决加载的递归依赖问题；
- 加载后，将 undefined 的符号绑定到动态库里对应的地址上；
- 最后再处理 +load 方法，main 函数返回后运行 static terminator。
最后
编译阶段由于有了链接器，你的代码可以写在不同的文件里，每个文件都能够独立编成 Mach-O 文件进行标记。编译器可以根据你修改的文件范围来减少编译，通过这种方式提高每次编译的速度。
了解了这种链接机制，你也能够明白，文件越多，链接器链接 Mach-O 文件所需绑定的遍历操作就会越多，编译速度也会越慢。
了解程序运行阶段的动态库链接原理，会让你更多地了解程序在启动时做的事情，同时还能够对你有一些启发。
比如，在开发调试阶段，是不是代码改完以后可以先不去链接项目里的所有文件，只编译当前修改的文件动态库，通过运行时加载动态库及时更新，看到修改的结果。这样调试的速度，不就能够得到质的提升了么。
再比如，你可以逆向找出其他 App 里你感兴趣功能的使用方法，然后在自己的程序里直接调用它，最后将那个 App 作为动态库加载到自己的 App 里。这样，你感兴趣的这个功能，就能够在你自己的程序里起作用了。
