--- theme: v-green --- ![5e575953c6bbc1582782803291.jpg](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/a8486731197841679e9c0fee3216cc02~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=4724&h=2362&s=6279233&e=jpg&b=6fbde4) # 背景 > 我们知道oc都是基于底层runtime消息派发的，但是swift我们知道是没有runtime的，那它的函数又是怎么派发呢，这一节我们全面系统去探究下。 # 总结 **废话不多说，先上总结！** ![whiteboard_exported_image (6).png](https://p1-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/ce35d6b9f18049d8b6751789de02a6f0~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=4327&h=1918&s=1729412&e=png&b=fffefe) # 理论知识准备 ## Swift的编译过程 ![llvm](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/d259f6ce164546b4bcb4de40c9848ca1~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1024&h=340&s=14728&e=webp&b=fffefe) Swift和OC都是用LLVM体系进行编译，只是对应的前端编译有差异，Swift是使用swiftc进行编译的，具体步骤如下： ![Xnip2023-12-15_11-37-33.jpg](https://p9-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/7fd9990cfb8c4e03be7b226ac03849f8~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1581&h=416&s=246182&e=jpg&b=fdfdfd) ## 什么是SIL > SIL(Swift Intermediate Language)称为swift中间语言，是 Swift 在编译过程中的中间产物，通过 SIL 可以了解swift 底层的实现细节 > > SIL is an SSA-form IR with high-level semantic information designed to implement the Swift programming language 本篇使用的指令如下： ```shell swiftc -emit-silgen -Onone [源文件名字].swift | xcrun swift-demangle >> [产物文件名字].sil ``` - **swiftc -emit-silgen >> result.sil** 来生成 SIL 文件 - **-Onone** 告知编译器不要进行任何优化，有助于我们了解完整的细节 - **xcrun swift-demangle** 命令将符号进行还原，增强 Swift 方法名、类型等符号的可读性 [点击我查看SIL其他指令](https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/SIL.rst) ## 如何生成SIL 示例代码 ```swift class Bird { dynamic func speak() { print("hello, i`m a small bird!") } } let bird = Bird() bird.speak() ``` 执行如下指令可以拿到SIL代码 ```shell swiftc -emit-silgen -Onone Cat.swift | xcrun swift-demangle >> Cat.sil ``` **.sil文件主要包含如下几个方面** - 类型的声明和定义，基本和原类的格式差不多，简单易懂 - 代码块，主要调用逻辑相关 - 函数表，存储函数信息 ### sil类型的声明和定义部分 ```swift sil_stage raw import Builtin import Swift import SwiftShims import Foundation struct Bird { func speak() init() } @_hasStorage @_hasInitialValue let bird: Bird { get } // bird sil_global hidden [let] @Bird.bird : Bird.Bird : $Bird ``` - **sil_stage** 分为**raw**和**canonical** - raw表示当前的 SIL 是未经优化的，我们设置为raw便于我们研究内部逻辑 - canonical代表的则是优化后 - 当前的声明逻辑和源码基本差异不大 - 定义一个变量bird，sil global 说明这是一个全局变量，hidden 则代表当前变量只在当前模块可见。若将 Cat 和该变量声明为 public，则不会存在 hidden 关键字。 ### sil代码块部分 ```swift // main sil [ossa] @main : $@convention(c) (Int32, UnsafeMutablePointer>>) -> Int32 { bb0(%0 : $Int32, %1 : $UnsafeMutablePointer>>): //1. 创建对象 alloc_global @Bird.bird : Bird.Bird // id: %2 %3 = global_addr @Bird.bird : Bird.Bird : $*Bird // users: %8, %7 %4 = metatype $@thick Bird.Type // user: %6 //2. 调用对象的初始化方法 // function_ref Bird.__allocating_init() %5 = function_ref @Bird.Bird.__allocating_init() -> Bird.Bird : $@convention(method) (@thick Bird.Type) -> @owned Bird // user: %6 %6 = apply %5(%4) : $@convention(method) (@thick Bird.Type) -> @owned Bird // user: %7 store %6 to [init] %3 : $*Bird // id: %7 %8 = load_borrow %3 : $*Bird // users: %11, %10, %9 //3. 调用bird函数 %9 = class_method %8 : $Bird, #Bird.speak : (Bird) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Bird) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(method) (@guaranteed Bird) -> () end_borrow %8 : $Bird // id: %11 %12 = integer_literal $Builtin.Int32, 0 // user: %13 %13 = struct $Int32 (%12 : $Builtin.Int32) // user: %14 return %13 : $Int32 // id: %14 } // end sil function 'main' ``` **第一步：分配内存空间** - alloc_global 指令分配了全局变量 bird 所需要的内存空间，其类型为 Bird。 - 通过 global_addr 读取该变量的内存地址，存入 %3 寄存器中。 - metatype 指令获取 Cat 的元类型信息，存入 %4 寄存器中。 **第二步：初始化实例** - 通过 function_ref 指令，引用了 Bird.__allocating_init() 方法。 - 紧接着通过 apply 指令执行 Bird.__allocating_init() 方法，创建出对应的实例，并存储到 %3 的内存地址上。 **第三步：方法调用** - 在完成了全局变量bird创建之后，SIL通过load_borrow指令从 %3 所存储的内存地址上读取对应的值。 - 接着使用class_method 指令，查询实例对应的函数表，获取到需要执行的方法。 - 最终调用apply方法完成方法调用。 ### sil函数表 ```swift sil_vtable Bird { #Bird.speak: (Bird) -> () -> () : @Bird.Bird.speak() -> () // Bird.speak() #Bird.init!allocator: (Bird.Type) -> () -> Bird : @Bird.Bird.__allocating_init() -> Bird.Bird // Bird.__allocating_init() #Bird.deinit!deallocator: @Bird.Bird.__deallocating_deinit // Bird.__deallocating_deinit } ``` - class 类型最常见的方法派发方式就是通过函数表派发，通过查询函数表里的方法后进行调用 **了解了sil是什么。以及存在哪些核心内存提供我们分析，我们继续研究下具体的派发方式...** # 具体探究 ## 直接派发 ### 常见场景 #### 场景1：调用值类型内部的函数 ```swift struct Dog { func speak() { print("汪汪") } } let dog = Dog() dog.speak() ``` **生成sil如下** ```swift // main sil [ossa] @main : $@convention(c) (Int32, UnsafeMutablePointer>>) -> Int32 { bb0(%0 : $Int32, %1 : $UnsafeMutablePointer>>): ... // function_ref Dog.speak() %9 = function_ref @Dog.Dog.speak() -> () : $@convention(method) (Dog) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(method) (Dog) -> () ... } // end sil function 'main' ``` - 直接派发**通过function_ref获取函数的地址** - apply通过函数地址进行调用 #### 场景2: extension 中实现的方法 ```swift extension Person { func driver() { print("开车") } } class Person { } let person = Person() person.driver() ``` sil文件信息如下： ![Xnip2023-12-15_15-36-29.jpg](https://p3-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/b577d61388714fee9b7084e30cb15c36~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=860&h=356&s=191135&e=jpg&b=212026) ![Xnip2023-12-15_15-36-42.jpg](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/46660872d22647d79cdbc7c8b73217d4~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=876&h=294&s=131024&e=jpg&b=212026) - 可以看到调用分类的函数，也是直接派发，通过function_ref找到函数地址然后使用apply指令进行调用 - 同时函数表也不不会存在driver函数的信息 #### 场景3: 调用class引用类型内部被final修饰的函数 ```swift import Foundation class Bird { final func speak() { print("hello, i`m a small bird!") } } let bird = Bird() bird.speak() ``` sil文件信息如下 ![Xnip2023-12-15_15-30-33.jpg](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/c0e7865685484eab92f62a3d6b7440ea~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=868&h=349&s=251146&e=jpg&b=212026) ![Xnip2023-12-15_15-30-57.jpg](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/5568e7adadbe4ecf9b6ebf2a147078bc~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=868&h=308&s=168410&e=jpg&b=201f25) - 可以看到当函数被final修饰，也是直接派发，通过function_ref找到函数地址然后使用apply指令进行调用 - 同时函数表也不不会存在speak函数的信息 **了解到直接派发有哪些场景和获取函数地址的方式，有个问题，没有找到函数存储位置，我们再看看函数存储在哪** ### 直接派发函数存储的位置示例代码： ![Xnip2023-12-12_15-48-38.jpg](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/e45cf0541e9b44358a94da26b7e79d13~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=531&h=441&s=87886&e=jpg&b=201f25) 运行 ![Xnip2023-12-12_15-45-26.jpg](https://p1-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/b32780971c98461699ad454151b6503a~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1364&h=420&s=329846&e=jpg&b=212026) - 可以发现是直接通过地址调用的 - 那么这个函数地址是存储在哪里的呢查看Mach-O ![a5ffe05b754b4898bedf3cad0749adf6~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark-1512-0-0-0.awebp.webp](https://p1-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/ccc2111d7ae444df9dcd9e0ff2478c2f~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1512&h=1141&s=85662&e=webp&b=f6f6f6) - 这个地址是存储在Mach-0中的__text，也就是代码段中 - 需要执行的汇编指令都在这里静态调用函数地址我们知道是存储在__text段里，但是符号呢测试如何来的呢 ![Xnip2023-12-12_17-27-30.jpg](https://p9-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/7bd483617ede42c980aa30d209354c6c~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1558&h=201&s=177733&e=jpg&b=201f25) - 在静态调用中，会看到关于这个地址的符号 - 地址我们已经知道是存储在了__text中 - 那么这个符号存储在哪里呢，查看符号表符号表： ![045239ed01814c689d68b819fb9e3c31~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-in-crop-mark-1512-0-0-0.awebp.webp](https://p6-juejin.byteimg.com/tos-cn-i-k3u1fbpfcp/13dec675be544b3c88e6522dcaad8bef~tplv-k3u1fbpfcp-jj-mark:0:0:0:0:q75.image#?w=1512&h=883&s=64450&e=webp&b=f5f0ef) ### 直接派发总结 - 静态派发常见场景如下： - 值类型对象的方法调用 - 引用类型被final修饰的方法调用 - 分类的方法调用 - 调用方式是根据函数地址直接调用 - 函数地址是存储在mach-o文件的__text段里 - 函数的符号是取自mach-o文件的symbol_table ## 函数表派发 ### 主要场景 #### 场景1: 函数存在sil_vtable中 ```swift class Teacher { func teach() { print("教语文课") } } let teacher = Teacher() teacher.teach() ``` **sil信息如下：** ```swift // main sil [ossa] @main : $@convention(c) (Int32, UnsafeMutablePointer>>) -> Int32 { bb0(%0 : $Int32, %1 : $UnsafeMutablePointer>>): ... %9 = class_method %8 : $Teacher, #Teacher.teach : (Teacher) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> () ... } // end sil function 'main' //sil_vtable函数表 sil_vtable Teacher { #Teacher.teach: (Teacher) -> () -> () : @Teacher.Teacher.teach() -> () // Teacher.teach() #Teacher.init!allocator: (Teacher.Type) -> () -> Teacher : @Teacher.Teacher.__allocating_init() -> Teacher.Teacher // Teacher.__allocating_init() #Teacher.deinit!deallocator: @Teacher.Teacher.__deallocating_deinit // Teacher.__deallocating_deinit } ``` 这种是**调用引用类型内部的函数**，函数**存储在sil_vtable内部**，通过**class_method去函数表获取函数地址**，通过apply进行函数调用 #### 场景2: 函数存在sil_witness_table中 ```swift protocol Animal { func speak() } class Cat: Animal { func speak() { print("喵喵") } } let cat = Cat() cat.speak() ``` **sil信息如下：** 将代码生成 SIL 之后，SIL 最底下函数表部分发现 Cat 类型多了一个 Witness Table，里面有我们协议中定义的 speak 方法。 ```swift sil_witness_table hidden Cat: Animal module Contents { method #Animal.speak: (Self) -> () -> () : @protocol witness for Contents.Animal.speak() -> () in conformance Contents.Cat : Contents.Animal in Contents // protocol witness for Animal.speak() in conformance Cat } ``` 这种**调用Protocol内部的函数**，函数会**存放在sil_witness_table内部** 可是当我们查看 main 函数中调用的指令，依然是通过 class_method 指令去获取方法，WTable 好像没起作用？ ```swift %9 = class_method %8 : $Cat, #Cat.speak : (Cat) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () ``` 这是因为 Swift 自动进行类型推导，cat 变量被推导成了 Cat 类型，而 WTable 只有类型为 Protocol 时才会使用。声明 cat 为 Animal，重新生成 SIL： ```swift let cat: Animal = Cat() ``` sil信息如下： ```swift // 注： // %3 为 cat 实例的内存地址 // %6 为 cat 实例 // 1 %7 = init_existential_addr %3 : $*Animal, $Cat // user: %8 store %6 to [init] %7 : $*Cat // id: %8 %9 = open_existential_addr immutable_access %3 : $*Animal to $*@opened("8ACFC95A-BFE1-11ED-B83F-56DB1A421F1A") Animal // users: %11, %11, %10 // 2 %10 = witness_method $@opened("8ACFC95A-BFE1-11ED-B83F-56DB1A421F1A") Animal, #Animal.speak : (Self) -> () -> (), %9 : $*@opened("8ACFC95A-BFE1-11ED-B83F-56DB1A421F1A") Animal : $@convention(witness_method: Animal) <τ_0_0 where τ_0_0 : Animal> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // type-defs: %9; user: %11 %11 = apply %10<@opened("8ACFC95A-BFE1-11ED-B83F-56DB1A421F1A") Animal>(%9) : $@convention(witness_method: Animal) <τ_0_0 where τ_0_0 : Animal> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // type-defs: %9 ``` 1. 类型擦除 - init_existential_addr 指令初始化了一个容器，该容器包含了实例（实现协议的对象）的引用。 - 通过 open_existential_addr 获取到上述容器，完成了类型擦除。在之后 SIL 访问都是 @opened("XXX") Animal 这一具体的协议类型。 2. 方法调用 - 通过 witness_method 查找协议的方法进行调用。 - 获取到的方法的调用方式为：@convention(witness_method: Animal) ，代表该方法是在 WTable 表中的方法，需要通过函数表派发的方式执行。 ### 函数表派发总结 - 函数存储位置区分类型如下： - 引用类内部函数调用，函数存放sil_vtable内部 - Protocal类型内部函数调用，函数存放在sil_witness_table内部 - 调用方式区分类型如下： - 引用类内部函数调用，通过class_method去查找去 - Protocal类型内部函数调用 - 接受者是引用类型：还是使用class_method去查找去 - 接受者是Protocal类型： - 类型擦除：根据对象新建一个容器、后续都是通过这个容器进行访问对象 - 方法调用：通过opened调用容器对象，witness_method获取对象的协议方法，通过apply进行调用 ## 消息派发 > 消息派发，也属于动态派发方式中的一种。我们最为熟悉 Objective-C 的方法都是通过消息派发的方式进行调用的。 swift如何使用消息派发呢，我们继续探究... ```swift @objc class Cat: NSObject { @objc func speak() { print("喵喵") } } let cat = Cat() cat.speak() // SIL %9 = class_method %8 : $Cat, #Cat.speak : (Cat) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () ``` 查看SIL可以注意到，即使是添加@objc的方法，依然是通过函数表进行派发的。那添加@objc关键字它的作用体现在哪？查看方法的代码块会发现，多了一个针对@objc方法的代码块，而内部的实现直接引用了对应的方法，通过直接派发的方式进行调用。 ```swift // @objc Cat.speak() sil hidden [thunk] [ossa] @@objc Contents.Cat.speak() -> () : $@convention(objc_method) (Cat) -> () { // ... %3 = function_ref @Contents.Cat.speak() -> () : $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () // user: %4 %4 = apply %3(%2) : $@convention(method) (@guaranteed Cat) -> () // user: %7 // ... } ``` 因此仅仅是添加 @objc 关键字，不会影响方法的派发方式，只是生成了一个 OC 可见的版本。而要让 Swift 的方法在运行时以消息派发的方式调用，还需要添加 dynamic 关键字。 ```swift // 添加 dynamic 关键字 @objc dynamic func speak() {} // SIL %9 = objc_method %8 : $Cat, #Cat.speak!foreign : (Cat) -> () -> (), $@convention(objc_method) (Cat) -> () // user: %10 %10 = apply %9(%8) : $@convention(objc_method) (Cat) -> () ``` 添加之后，方法由 **objc_method** 指令获取，同时方法被修饰为 @convention(objc_method)，表明该方法就是一个 OC 的方法，上述流程等价于 objc_msgSend()。**同时 SIL 底部的 VTable 之中不会包含该方法。** **函数存储位置** 我们知道oc函数都是存储在class_rw_o内部，swift使用消息派发后函数也是存储在类对象的class_rw_o内部 ### 消息派发总结 - 触发条件 - 类被@Objc修饰，函数被@objc dynamic修饰 - 通过objc_method获取函数地址，通过apply对函数进行调用 **到这里就完毕了，感谢您的阅读，欢迎阅读我的其他文章！**