Swift进阶（一）——类与结构体上

小土豆_飞飞
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类与结构体

首先我们必须明确一点，类是引用类型，而结构体是值类型，一般情况下，类是存储在堆上，类类型的变量中存储的是地址，而结构体是在栈上，存储的是具体的实例。类通过一段具体的代码我们就可以清楚的认识他们：

截屏2022-01-14 上午10.44.07.png

可以清楚的看到，t和t1指向的是同一个地址，（实例对象分配过程：首先栈上会分配8字节的空间存储实例对象的引用，接着在堆上寻找合适的内存区域并把内存地址返回回来，把当前value拷贝到内存空间中，接着把栈上的内存地址指向堆区，从而完成实例对象的内存分配） 而值类型则不然，同样以一段代码，观察：

截屏2022-01-14 下午3.44.47.png

从代码中，可以清晰看到st.age改变不影响stu.age的改变，所以st相当于是对stu的一份拷贝。我们也可以查看下它的内存分布，通过 frame variable -L xxx ：

截屏2022-01-20 下午2.51.11.png

上图我们很明显可以看到，st和stu在两个不同的内存地址上，而且都在栈区。

内存插件：libfooplugin.dylib，lldab调试：cat address 内存地址（如0x00ff）

接下来，我们需要对内存区域有个基本的认知，可以看下这张图：

截屏2022-01-14 上午11.01.16.png

  • Heap:存储所有对象；
  • Global:存储全局变量；常量；代码区；
  • Segment & Section: 我们常研究的内存结构就是Mach-o文件， Mach-o文件有多个段（Segment）,每个段有不同的功能，每个段又分为很多小的Section；
    • TEXT.text: 机器码
    • TEXT.cstring:硬编码的字符串
    • TEXT.const: 初始化过的常量
    • DATA.data: 初始化过的可变的（静态/全局）数据
    • DATA.const: 没有初始化过的常量
    • DATA.bss: 没有初始化的（静态/全局）变量
    • DATA.common: 没有初始化过的符号声明 我们可以通过几段示例验证下：

截屏2022-01-20 下午1.55.41.png

上图明确看到，初始化过的变量存放在DATA.data

截屏2022-01-20 下午2.21.44.png

上图可以看到，硬编码的字符串，放在TEXT.cstring

类的生命周期

ios开发的语言不论是OC还是swift，后端都是通过llvm进行编译的，如下图：

截屏2022-01-20 下午3.56.28.png

OC通过clang编译器，编译成IR，再生成可执行文件.O，Swift则通过Swift编译器生成IR，再生成可执行文件，具体流程如下图：

截屏2022-01-20 下午4.02.24.png

常用编译命令：

  • swiftc main.swift -dump-parse //分析输出AST
  • swiftc main.swift -dump-ast //分析并检查类型输出AST
  • swiftc main.swift -emit-silgen //生成中间体语言（SIL），为优化的
  • swiftc main.swift -emit-sil //生成中间体语言，优化后的
  • swiftc main.swift -emit-ir //生成llvm中间体语言（.ll文件）
  • swiftc main.swift -emit-bc //生成llvm中间体语言（.bc文件）
  • swiftc main.swift -emit-assembly //生成汇编
  • swiftc -o main.o main.swift //编译生成可执行.out文件

接下来，我们看下生成SIL文件的示例：

通过把相关编译命令写在脚本里，然后运行生成并自动打开SIL文件

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生成的SIL文件：

截屏2022-01-20 下午7.09.19.png

xcrun swift-demangle 还原混写名称
SIL部分代码解析：alloc_global分配一个全局变量，global_addr拿到CTPerson这个全局变量给到%3，metatype $thick CTPerson.Type,获取CTPerson.Type的元类型，function_ref @CTPerson.__allocating_init():获取到__allocating_init()函数指针 @main: 入口函数 @是一种标识
%x：寄存器(虚拟)，一旦赋值，不可被更改

通过断点调试我们能知道Swift内存分配的前两步__allocating_init()->swift_allocObject：

截屏2022-01-20 下午7.24.28.png

截屏2022-01-20 下午7.25.10.png 接下来我们去源码中看详细的步骤，直接在HeapObject.cpp中搜swift_allocObject,我们可以看到

截屏2022-01-20 下午7.33.47.png

截屏2022-01-20 下午7.37.54.png

源码中可以看到，最终swift_allocObject调用的_swift_allocObject_,_swift_allocObject_调用swift_slowAlloc,最终调用malloc分配堆空间。

对象分配流程：__allocating_init()-->swift_allocObject-->swift_allocObject-->swift_slowAlloc-->malloc

截屏2022-01-21 上午10.23.20.png 从源码中，可以看到swift对象的内存结构：HeapObject,以及它的两个属性：metadata(HeapMetadata const *__ptrauth_objc_isa_pointer metadata;)、refCounts(64位的位域信息相当于8字节),默认占16字节大小。
进一步跟进源码，看HeapMetadata的具体信息,它是TargetHeapMetadata的别名:

截屏2022-01-21 下午1.51.40.png 而TargetHeapMetadata继承于TargetMetadata，在swift下传入的是个MetadataKind，而oc下传入的是isa,这里其实只是为了兼容oc,本质上没什么区别，下图源码：

截屏2022-01-21 下午1.56.33.png 源码中MetadataKind只是个uint32的数据类型，并没有其他信息，我们想看类的具体信息，只能去父类TargetMetadata中寻找：

截屏2022-01-21 下午2.02.44.png

截屏2022-01-21 下午2.22.27.png 我们会发现一个关键的函数getTypeContextDescriptor()，通过观察它基本可以确定TargetMetadata是所有元类的基类：

截屏2022-01-21 下午2.39.59.png

MetadataKind::Class:{ const auto cls = static_cast<const TargetClassMetadata *>(this); }
当前MetadataKind是Class时，当前的this指针会被强转为TargetClassMetadata类型,TargetClassMetadata会不会是我们要找的类型呢？我们看下它具体的内容

截屏2022-01-21 下午4.07.13.png 根据这个TargetClassMetadata类的内容，我们基本可以窥探到metadata所有的内容了，从而得出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 instancSize:UInt32
    var instanceAlignmentMask:UInt16
    var reserved:UInt16
    var classSize:UInt32
    var classAddressPoint:UInt32
    var typeDescriptor:UnsafeMutableRawPointer
    var iVarDestroyer:UnsafeRawPointer
}

根据源码中观察到的类的数据结构，我们用代码做了最终还原：

截屏2022-01-21 下午4.52.25.png

可以清楚看到，相关对应的值都已赋值成功。

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