4. 类的数据结构

一、HeapObject

1. 之前在分析类的初始化流程中，我们可以看到Swift源码中对象的初始化方法中最后返回了HeapObject对象。

2. 我们查看HeapObject的定义 由此我们可以看到:

• HeapObject有两个属性：metadata和refCounts，默认16字节。（OC的内存结构objc_object为8字节）
• metadata的类型HeapMetadata 其实是TargetHeapMetadata。

二、TargetHeapMetadata

由此可以看出TargetHeapMetadata继承自TargetMetadata，其次若该对象为纯Swift类，则入参为MetadataKind类型，若该对象与OC交互，则入参类型为OC中的isa。

三、TargetMetadata

1. 进一步查看TargetMetadata 由此可以看出TargetMetadata有 StoredPointer类型的属性Kind；其次有个getKind方法，返回MetadataKind类型结果。

2. 通过搜索getKind方找到getTypeContextDescriptor 由此可以看出该方法通过区分getKind方法的返回值（MetadataKind）来返回不同的结果。当MetadataKind为Class时返回的是TargetClassMetadata。

static_cast<const TargetClassMetadata<Runtime> *>(this)是将当前对象强转为TargetClassMetadata。

3. 进一步查看TargetClassMetadata 由此可以看出TargetClassMetadata继承自TargetAnyClassMetadata

4. 进一步查看TargetAnyClassMetadata 从TargetAnyClassMetadata数据结构中可以看到Superclass、CacheData、Data等属性（与OC类似）。

5. 结合TargetClassMetadata的其它属性（截取片段）分析推测出Swift类的数据结构

struct Metadata{
    var kind: Int
    var superClass: Any.Type
    var cacheData: (Int, Int)
    var data: Int
    var classFlags: Int32
    var instanceAddressPoint: UInt32
    var instanceSize: UInt32
    var instanceAlignmentMask: UInt16
    var reserved: UInt16
    var classSize: UInt32
    var classAddressPoint: UInt32
    var typeDescriptor: UnsafeMutableRawPointer
    var iVarDestroyer: UnsafeRawPointer
}

该结构极有可能为Swift类的数据结构。

四、验证

1. 之前在分析类的初始化流程中我们得知Swift类的内存结构为HeapObject，其内部有metadata和refCounts（8字节）。我们可以新增一个结构体，如下：

struct HeapObject {
    var metadata: UnsafeRawPointer
    var refCount1: UInt32
    var refCount2: UInt32
}

refCounts可以分为2个4字节。

2. 完整代码

import Foundation

struct Metadata {
    var kind: Int
    var superClass: Any.Type
    var cacheData: (Int, Int)
    var data: Int
    var classFlags: Int32
    var instanceAddressPoint: UInt32
    var instanceSize: UInt32
    var instanceAlignmentMask: UInt16
    var reserved: UInt16
    var classSize: UInt32
    var classAddressPoint: UInt32
    var typeDescriptor: UnsafeMutableRawPointer
    var iVarDestroyer: UnsafeRawPointer
}

struct HeapObject {
    var metadata: UnsafeRawPointer
    var refCount1: UInt32
    var refCount2: UInt32
}

class Teacher {
    var name = "Tom"
    var age = 3
}

let t = Teacher()

/// 获取实例对象指针
let point = Unmanaged.passUnretained(t as AnyObject).toOpaque()
/// 指针绑定为 HeapObject 类型
let objc = point.bindMemory(to: HeapObject.self, capacity: 1)
print(objc.pointee)

/// 将 HeapObject.metadata 指针绑定为 Metadata 类型
let metadata = objc.pointee.metadata.bindMemory(to: Metadata.self, capacity: MemoryLayout<Metadata>.stride)
print(metadata.pointee)

我们可以将Teacher实例指针绑定为结构体HeapObject，然后将HeapObject.metadata属性指针绑定到结构体Metadata。

3. 执行结果

HeapObject(metadata: 0x0000000100008230, refCount1: 2, refCount2: 0)
Metadata(kind: 4295000568, superClass: _TtCs12_SwiftObject, cacheData: (140734973522240, 206158430208), data: 4303066098, classFlags: 2, instanceAddressPoint: 0, instanceSize: 40, instanceAlignmentMask: 7, reserved: 0, classSize: 168, classAddressPoint: 16, typeDescriptor: 0x0000000100003ba0, iVarDestroyer: 0x0000000000000000)

由结果可以看出，Swift类的数据结构与Metadata匹配，这与我们的推测是符合的。