细聊 Cocoapods 与 Xcode 工程配置

2021-11-13 01:56:01

前言

文章比较长，所以在文章的开头我打算简单介绍一下这篇文章将要讲述的内容，读者可以选择通篇细度，也可以直接找到自己感兴趣的部分。

既然是谈 Cocoapods，那首先要搞明白它出现的背景。有经验的开发者都知道 Cocoapods 在实际使用中，经常遇到各种问题，存在一定的使用成本，因此衡量 Cocoapods 的成本和收益就显得很关键。

Cocoapods 的本质是一套自动化工具。那么了解自动化流程背后的原理就很重要，如果我们能手动的模拟 Cocoapods 的流程，无论是对 Cocoapods 还是 Xcode 工程配置的学习都大有裨益。比如之前曾经和同事研究过静态库嵌套的问题，很遗憾当时没能解决，现在想来还是对相关知识理解还不够到位。这一部分主要是介绍 Xcode 的工程配置，以及 target/project/workspace 等名词的概念。

最后，我会结合实际的例子，谈谈如何发布自己的 Pod，提供给别人使用。算是对 Cocoapods 的实践总结。

由于实践性的操作比较多，我为本文制作了一个 demo，提交在我的 Github: CocoaPodsDemo 上，感兴趣的读者可以下载下来，研究一下提交历史，或者自己操作一遍。友情提醒: 本文所涉及的静态库均为模拟器制作，请勿真机运行。

为什么要使用 Cocoapods

我们知道，再大的项目最初都是从 Xcode 提供的一个非常简单的工程模板慢慢演化来的。在项目的演化过程中，为了实现新的功能，不断有新的类被创建，新的代码被添加。不过除了自己添加代码，我们也经常会直接把第三方的开源代码导入到项目中，从而避免重复造*，节约开发时间。

直接把代码导入到项目中看起来很容易，但在实践过程中，会遇到诸多问题。这些问题会困扰代码的使用者，大大的增加了集成代码的难度。

使用者的困扰

最直接的问题就是代码的后续维护。假设代码的发布者在未来的某一天更新了代码，修复了一个重大 bug 或者提供了新的功能，那么使用者就很难集成这些变动。

代码有增有删，如果把代码编译成静态库再提供给使用者，就可以省掉很多问题。然而如果这么做的话，就会遇到另一个经典的问题: "Other linker flag"。

举个例子来说，可以在 Demo 的 BSStaticLibraryOne 这个项目中看到，这个静态库一共有两个类，其中一个是拓展 Extension。项目编译后就会得到一个 .a 文件。

我们都知道静态库的格式可以是 .framework，也可以是 .a。如果深究的话，.a 文件可以理解为一种归档文件，或者说是压缩文件。其中存储的是经过编译的 .o 格式的目标文件。我们可以通过 ar -x 命令来证明这一点:

ar -x libBSStaticLibraryOne.a

解压结果

需要提醒的一点是，光有 .a 文件还不够，我们还需要提供头文件给使用者导入。为了完成这一点，我们需要在项目的 Build Phases 中新增一个 Headers Phase，然后把需要对外暴露的头文件放到 Public 一栏中:

暴露头文件

此时编译后的头文件会放在 .a 文件所在目录下，usr/local/include 目录中。

接下来打开 OtherLinkerFlag 这个壳工程，引入 .a 文件和头文件，运行程序，结果一定是:

-[BSStaticLibraryOne sayOtherThing]: unrecognized selector sent to instance xxx

这就是经典的 linker flag 问题。首先，我们知道 .a 其实是编译好的目标文件的集合，因此问题出在链接这一步，而非编译。Objective-C 在使用静态库时，需要知道哪些文件需要链接进来，它依据的就是之前图中所示的 __.SYMDEF SORTED 文件。

可惜的是，这个文件不会包含所有的 .o 目标文件，而只是包含了定义了类的目标文件。我们可以执行 cat __.SYMDEF\ SORTED 来验证一下，你会看到其中并没有拓展类的信息。这样一来，BSStaticLibraryOne+Extension.o 虽然存在，但是不被链接到最终的可执行文件中，从而导致了找不到方法的错误。

解决上述问题的方法是调用者在 Build Settings 中找到 other linker flag，并写上 -ObjC 选项，这个选项会链接所有的目标文件。然而根据文档描述，如果静态库只有分类，而没有类，即使加了 -ObjC 选项也会报错，应该使用 -force_load 参数。

由于第三方的代码使用分类几乎是必然事件，因此几乎每个使用者都要做如上配置，增加了复杂度和出错的几率。

除此以外，第三方的代码很有可能使用了系统的动态库。因此使用者还必须手动引入这些动态库(请记住这一点，静态库不支持递归引用，这是个很麻烦的事情，后面会介绍)，我们以百度地图 SDK 的集成为例，读者可以自行对比手动导入和 Cocoapods 集成的步骤区别: 配置开发环境iOS SDK。

因此，我总结的使用 Cocoapods 的好处有如下几个:

避免直接导入文件的原始方式，方便后续代码升级
简化、自动化集成流程，避免不必要的配置
自动处理库的依赖关系
简化开发者发布代码流程

Cocoapods 工作原理

在我之前的一篇文章: 白话 Ruby 与 DSL 以及在 iOS 开发中的运用中简单的介绍过，Cocoapods 是用 Ruby 开发的一套工具。每一份代码都是一个 Pod，安装 Pod 时首先会分析库的版本和依赖关系，这些都是在 Ruby 层面完成的，本文暂且不表。

我们首先假设已经找到了要下载的代码的地址(比如存在 Github 上)，从这一步开始，接下来的工作都与 iOS 开发有关。

如果你手头有一个 Cocoapods 项目，你应该会注意到以下几个特点:

主工程中没有导入第三方库的代码或静态库
主工程不显式的依赖各个第三方库，但是引用了 libPods.a 这个 Cocoapods 库
不需要手动编译第三方库，直接运行主工程即可，隐式指定了编译顺序

这样做可以把引入第三方库对主工程造成的影响降到最低，不过无法完全降为零。比如引入 Cocoapods 以后，项目不得不使用 xworkspace 来打开，后面会介绍原因。

假设之前的 BSStaticLibraryOne 工程就是下载好的源码，现在我们要做的就是把它集成到一个已有的工程，比如叫 ShellProject 中。

我们遇到的第一个问题是，在之前的 demo 中，需要把静态库和头文件手动拖入到工程中。但这就和 Cocoapods 的效果不一致，毕竟我们希望主工程完全不受影响。

静态库和头文件导入

如果我们什么都不做，当然不可能在壳工程中引用另一个项目下的静态库和头文件。但这个问题也可以换个方式问:“Xcode 怎么知道它们可以引用，还是不可以引用呢？”，答案在于 Build Settings 里面的 Search Paths 这一节。默认情况下，Header Search Path和 Library Search Path 都是空的，也就是说 Xcode 不会去任何目录下找静态库和头文件，除非他们被人为的导入到工程中来。

因此，只要对上述两个选项的值略作修改， Xcode 就可以识别了。我们目前的项目结构如下所示:

- CocoaPodsDemo(根目录)

    - BSStaticLibraryOne (被引用的静态库)

        - Build/Products/Debug-iphonesimulator (编译结果的目录)

            - libBSStaticLibraryOne.a  (静态库)

            - usr/local/include (头文件目录)

                - BSStaticLibraryOne.h

                - BSStaticLibraryOne+Extension.h

    - ShellProject (壳工程)

因此我们要做的是让壳工程的 Library Search Path 指向CocoaPodsDemo/BSStaticLibraryOne/Build/Products/Debug-iphonesimulator 这个目录:

Library Search Path = $PROJECT_DIR/../BSStaticLibraryOne/Build/Products/Debug-iphonesimulator/

这里记得写相对路径，Xcode 会自动转成绝对路径。然后 Header Search Path 也如法炮制:

Header Search Path = $PROJECT_DIR/../BSStaticLibraryOne/Build/Products/Debug-iphonesimulator/LibOne

细心的读者也许会发现， LibOne 这个文件夹完全不存在。是这样的，因为我觉得usr/local/include 这个路径太深，太丑，所以可以在静态库的项目配置中，在Packaging 这一节中，找到 Public Headers Folder Path，将它的值从usr/local/include 修改为 LibOne，然后重新编译，这时就会看到生成的头文件位置发生了变化。

当然，这时候还是无法直接引用静态库的。因为我们只是告诉 Xcode 可以去对应路径去找，但并没有明确声明要用，所以需要在 Other Linker Flags 中添加一个选项: -l"BSStaticLibraryOne"，引号中的内容就是静态库的工程名。

需要提醒的是，静态库编译出来的 .a 文件会被手动加上 lib 前缀，在写入到 Other Linker Flags 的时候千万要注意去掉这个前缀，否则就会出现 Library not found 的错误。

配置好以后的工程如下图所示:

配置搜索路径

现在项目中没有任何第三方的库或者代码，依然可以正常引用第三方的类并运行成功。

引用多个第三方库

当我们的项目需要引用多个第三方库的时候，就有两种思路:

每份第三方代码作为一个工程，分别打出一个静态库和头文件。
所有第三方代码放在同一个工程中，建立多个 target，每个 target 对应一个静态库。

从直觉来看，第二种组织方式看上去更加集中，易于管理。考虑后面我们还要解决库的依赖问题，而且项目内的依赖处理比 workspace 中的依赖处理要容易很多(后面会介绍到)，所以第二种组织方式更具有可行性。

如果读者手头有使用了 Cocoapods 的项目，可以看到它的文件组织结构如下:

- ShellProject(根目录，壳工程)

    - ShellProject (项目代码)

    - ShellProject.xcodeproj (项目文件)

    - Pods (第三方库的根目录)

        - Pods.xcodeproj (第三方库的总工程)

        - AFNetworking (某个第三方库)

        - Mantle (另一个第三方库)

        - ……

而在我的 demo 中，为了偷懒，没有把第三方库放在壳工程目录下，而是选择和它平级。这其实没有太大的区别，只是引用路径不同而已，不用太关心。我们现在模拟添加一个新的第三方库，完成后的代码结构如下:

- CocoaPodsDemo(根目录)

    - BSStaticLibraryOne (第三方库总的文件夹，相当于 Pods，因为偷懒，名字就不改了)

        - BSStaticLibraryOne (第一个第三方库)

        - BSStaticLibraryTwo (新增一个第三方库)

        - BSStaticLibraryOne.xcodeproj (第三方库的项目文件)

        - Build/Products/Debug-iphonesimulator (编译结果的目录)

    - ShellProject (壳工程)

首先要新建一个文件夹 BSStaticLibraryTwo 并拖入到项目中，然后新增一个 Target(如下图所示)。

新增 target

在 Xcode 工程中，我们都接触过 Project。打开 .xcodeproj 文件就是打开一个项目(Project)。Project 负责的是项目代码管理。一个 Project 可以有多个 Target，这些 target 可以使用不同的文件，最后也就可以得出不同的编译产物。

通过使用多个 target，我们可以用少许不同的代码得到不同的 app，从而避免了开多个工程的必要。不过我们这里的几个 target 并不含有相同代码，而是一个第三方库对应一个 target。

接下来我们新建一个类，记得要加入到 BSStaticLibraryTwo 这个 target 下，记得和之前一样修改 Public Headers Folder Path 并添加一个 Build Phase。

代码添加到另一个 Target

在左上角将 Scheme 选择为 BSStaticLibraryTwo 再编译，可以看到新的静态库已经生成了。

项目内依赖

对于主工程来说，必须在子工程(第三方库)编译完后才开始编译，或者换句话说，我们在主工程中按下 Command + R/B 时，所有子工程必须先被编译。对于这种跨工程的库依赖，我们无法直接指明依赖关系，必须隐式的设置依赖关系，我们还是以 Cocoapods 工程举例:

跨工程依赖

主工程中用到了 libPod.a 这个静态库，而且它并不是在主工程中生成，而是在 Pods 这个项目中编译生成。一旦存在这种引用关系，那么也就建立了隐式的依赖关系。在编译主工程时，Xcode 会确保它引用的所有静态库都先被编译。

之前我们讨论过两种管理多个静态库的方法，如果选择第一种方法，每个静态库对应一个 Xcode 项目，虽然不是不可以，但主工程看上去就就会比较复杂，这主要是跨项目依赖导致的。

而在项目内部管理 target 的依赖相对而言就简单很多了。我们只要新建一个总的 target，不妨也叫作 Pod。它什么也不做，只需要依赖另外两个静态库就可以了，设置 Target Dependencies:

此时选择 Pod 这个 target 编译，另外两个静态库也会被编译。因此接下来的任务就是让主工程直接依赖于 Pod 这个 target，自然也就间接依赖于真正有用的各个第三方静态库了。

接下来我们重复之前的步骤，设置好头文件和静态库的搜索路径，并在 Other Linker Flags 里面添加: -l"BSStaticLibraryTwo"，就可以使用第二个静态库了。

Workspace

到目前为止，我们模拟了多个静态库的组织，以及如何在主工程中引用他们。不过还存在一些小瑕疵，我截了 Xcode 中的一幅图:

Xcode 识别有问题

从图中可以很明显的发现: 第三方库中的代码被认为是系统代码，颜色为蓝色。而正常的自定义方法应该绿色，会对开发者造成困扰。

除了这个小瑕疵以外，在之前谈到的跨项目依赖中，一个项目不仅仅需要引用另一个项目的产物，还有一个先决条件: 把这两个项目放入同一个 Workspace 中。Workspace 的作用是组织多个 Project，使得各个 Project 直接可以有引用依赖关系，同时也能让 Xcode 识别出各个 Project 中的代码和头文件。

按住 Command + Control + N 可以新建一个 Workspace:

新建 Workspace

完成以后就会看到一个完全空白的项目，在左侧按下右键，选择 Add Files to:

添加文件

然后选中静态库项目和主工程的 .xcodeproj 文件，把这两个工程都加进来:

需要提醒的是，切换到 Workspace 以后， Xcode 会把 Workspace 所在目录当做项目根目录，因此静态库的编译结果会放在 /CocoaPodsDemo/Build/Products/...，而不再是之前的 /CocoaPodsDemo/BSStaticLibraryOne/Build/Products/...，因此需要手动对主工程中的搜索路径做一下调整。

做好上述改动后，即使我们删除掉 BSStaticLibraryOne 这个项目的编译结果，只在 Workspace 中编译主项目，Xcode 也会自动为我们编译被依赖的静态库。这就是为什么我们只需要执行 pod install 下载好代码，就可以不用做别的操作，直接在主项目中运行。

当然，代码颜色错误的小问题也在 Workspace 恢复正常了。

静态库嵌套

到这里，基本上关于 Cocoapods 的工作原理就算是分析完了。上述操作除了文件增加，基本上都是修改 .pbxproj 文件。所有的 Xcode 都会在该文件中得到反映，同理，只要修改该文件，也能达到上述手动操作的效果。而 Cocoapods 开发了一套 Ruby 工具，用来封装这些修改，从而实现了自动化。

文章开头，我们提到作为代码提供者，如果自己的代码还引用别的第三方库，那么提供代码会变得很麻烦，这主要是由于静态库不会递归引用导致的。我们已经知道静态库其实就是一堆编译好的目标文件(.o 文件)的打包形式，它需要配合头文件来使用。所谓的不会递归引用是指，假设项目 A 引用了静态库 B(或者是动态库，也是一样)，那么 A 编译后得到的静态库中，并不含有静态库 B 的目标文件。如果有人拿到这样的静态库 A，就必须补齐静态库 B，否则就会遇到 "Undefined symbol" 错误。

如果我们提供的代码引用了系统的动态库，问题还比较简单，只要在文档里面注明，让使用者自己导入即可。但如果是第三方代码，那么这简直是一起灾难。即使使用者找到了提供者使用的静态库，那个静态库也很有可能已经进行了升级，而版本不一致的静态库可能具有完全不同的 API。也就是说代码提供者还要在文档中注明使用的静态库的版本，然后由使用者去找到这个版本。我想，这才是 Cocoapods 真正致力于解决的任务。

CocoaPods 的做法比较简单，因为他有一套统一的版本表示规则，也可以自动分析依赖关系，而且每个版本的代码都有记录。后面会介绍 Cocoapods 的相关实践，这里我们先思考一下如何手动解决静态库嵌套的问题。

既然静态库只是目标文件的打包形式，那么我只需要找到被嵌套的静态库，拿到其中的目标文件，然后和外层的静态库放在一起重新打包即可。这个过程比较简单，我也就没有做 demo，用代码应该就可以说明得很清楚。假设我们有静态库 A.a 和 B.a，其中 A 需要引用 B，现在我希望对外发布 A，并且集成 B:

lipo A.a -thin x86_64 output A_64.a # 如果是多 CPU 架构，先提取出某一种架构下的 .a 文件

lipo B.a -thin x86_64 output B_64.a

ar -x A_64.a # 解压 A 中的目标文件

ar -x B_64.a # 解压 B 中的目标文件

libtool -static -o Together.a *.o # 把所有 .o 文件一起打包到 Together.a 中

这时候 Together.a 文件就可以当做完整版的静态库 A 给别人使用了。

Cocoapods 使用

本来 Cocoapods 的使用就比较简单。尤其是了解完原理后，使用起来应该更加得心应手了，对于一些常见的错误也有了分析能力。不过有个小细节还是需要注意一下:

Podfile.lock

关于 Cocoapods 文件是否要加入版本控制并没有明确的答案。我以前的习惯是不加入版本控制。因为这样会让提交历史明显变得复杂，如果不同分支上使用的不同版本的 pod，在合并分支时就会出现大量冲突。

然而官方的推荐是把它加入到版本控制中去。这样别人不再需要执行 pod install，而且能够确保所有人的代码一定一致。

然而虽然不强制把整个 Pod 都加入版本控制，但是 Podfile.lock 无论如何必须添加到版本控制系统中。为了解释这个问题，我们先来看看 Cocoapods 可能存在的问题。

假设我们在 Podfile 中写上: pod 'AFNetWorking'，那么默认是安装 AFNetworking 的最新代码。这就导致用户 A 可能装的是 3.0 版本，而用户 B 再安装就变成了 4.0 版本。即使我们在 Podfile 中指定了库的具体版本，那也不能保证不出问题。因为一个第三方库还有可能依赖其他的第三方库，而且不保证它的依赖关系是具体到版本号的。

因此 Podfile.lock 存在的意义是将某一次 pod install 时使用的各个库的版本，以及这个库依赖的其他第三方库的版本记录下来，以供别人使用。这样一来，pod install 的流程其实是:

判断 Podfile.lock 是否存在，如果不存在，按照 Podfile 中指定的版本安装
如果 Podfile.lock 存在，检查 Podfile 中每一个 Pod 在 Podfile.lock 中是否存在
如果存在，则忽略 Podfile 中的配置，使用 Podfile.lock 中的配置(实际上就是什么都不做)
如果不存在，则使用 Podfile 中的配置，并写入 Podfile.lock 中

而另一个常用命令 pod update 并不是一个日常更新命令。它的原理是忽略 Podfile.lock 文件，完全使用 Podfile 中的配置，并且更新 Podfile.lock。一旦决定使用 pod update，就必须所有团队成员一起更新。因此在使用 update 前请务必了解其背后发生的事情和对团队造成的影响，并且确保有必要这么做。

发布自己的 Pod

很多教程都有介绍开源 Pod 的流程，我在实践的时候主要参考了以下两篇文章。相对来说比较详细，条理清晰，也推荐给大家:

如果要创建公司内部的私有库，首先要建立一个自己的仓库，这个仓库在本地也会有存储:

仓库

如图中所示，master 是官方仓库，而 baidu 则是我用来测试的私有仓库。仓库中会存有所有 Pod 的信息，每个文件夹下都按照版本号做了区分，每个版本对应一个 podspec 文件。从图中可以看到，cocoapods 会缓存所有的 podspec 到本地，但不会缓存每个 Pod 的具体代码。每当我们执行 pod install 时，都会先从本地查找 podspec 缓存是否存在，如果不存在则会去*仓库下载。

我们经常遇到的 pod install 很慢就是因为默认情况下会更新整个 master。此时 master 不仅仅存储着本地使用 Pod 的 PodSpec 文件，而是存储了所有的已有的 Pod。所以这个更新过程看起来异常缓慢。有些解决方案是使用:

pod install --verbose --no-repo-update

这其实是治标不治本的姑息治疗方法，因为本地的仓库迟早要被更新，否则就拿不到最新的 PodSpec。要想彻底解决这一问题，除了定期更新外，还可以选择其他速度较快的镜像仓库。

podspec 文件是我们开源 Pod 时需要填写的文件，主要是描述了 Pod 的基础信息。除了一些无关紧要的配置和介绍信息外，最重要的填写 source_files 和 dependency。前者用来规定哪些文件会对外公布，后者则指定此 Pod 依赖于哪些其他 Pod。比如在上图中，我的 PrivatePod 就依赖于 CorePod，在公司内部的项目中使用 PodS 依赖可以大量简化代码的集成流程。一个典型的 PodSpec 可能长这样:

填写好上述信息后，我们只要先 lint 一下 podspec，确保格式无误，就可以提交了。

码农公寓

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