swfit进阶-03-类与结构体(三)

「这是我参与2022首次更文挑战的第4天，活动详情查看：2022首次更文挑战」。

1.异变方法

在swift中，我们知道结构体和类都可以定义方法，在方法中类可以修改属性，但是结构体不可以。

很好理解因为结构体是值类型，本身就是存储值，我们不能在内部修改它的值。那么有什么方法可以修改呢？我们可以通过关键字mutating 进行修饰,修饰后不再报错

我们编译下当前文件的sil，查看当前change的方法

这里第一句对@inout修饰point相当于我们定义一个self 的指针变量指向当前结构体的内存空间*Point，之后对self进行操作。我们写个正常的方法再次编译下

这里直接对Point进行操作赋值给self；

我们使用代码演示下

我们在赋值给可变p3，还是赋值操作

SIL 文档的解释

An @inout parameter is indirect. The address must be of an initialized object.(当前参数类型是间接的，传递的是已经初始化过的地址)

异变方法的本质:对于变异方法, 传入的 self 被标记为 inout 参数。无论在 mutating 方法内部发生什么，都会影响外部依赖类型的一切。

关于inout相当于地址的传递，我们在外部定一个值，希望通过方法修改它

这个时候我们使用inout进行修饰，调用的时候取值的地址，这样就可以通过内部修改了外部的值

输入输出参数:如果我们想函数能够修改一个形式参数的值，而且希望这些改变在函数结束之后依然生效，那么就需要将形式参数定义为 输入输出形式参数 。在形式参数定义开始的时候在前边添加一个 inout关键字可以定义一个输入输出形式参数

2.方法调度

在oc中我们知道方法的调用是通过objc_msgSend进行消息的发送,那么swift中方法是怎样调用的呢？

我们给这三个方法添加断点，同时打开符号断点调试，我们在真机arm64环境下运行

我们在blr这里添加断点进入

step into 进入sleep1()方法

其他的方法类似。这里关于汇编的一些指令说明

2.1常用的指令说明

mov:将某一寄存器的值复制到另一寄存器（只能用于寄存器与寄存器或者寄存器与常量之间传值，不能用于内存地址），如：

mov x1, x0 将寄存器 x0 的值复制到寄存器 x1中

add:将某一寄存器的值和另一寄存器的值相加并将结果保存在另一寄存器中，如：

add x0, x1, x2 将寄存器 x1 和 x2 的值相加后保存到寄存器x0中

sub:将某一寄存器的值和另一寄存器的值相减并将结果保存在另一寄存器中,如:

sub x0, x1, x2 将寄存器 x1 和 x2 的值相减后保存到寄存器 x0 中

and:将某一寄存器的值和另一寄存器的值按位与并将结果保存到另一寄存器中,如:

and x0, x0, #0x1  将寄存器 x0 的值和常量 1 按位与后保存到寄存器 x0 中

orr:将某一寄存器的值和另一寄存器的值按位或并将结果保存到另一寄存器中,如:

orr x0, x0, #0x1  将寄存器 x0 的值和常量 1 按位或后保存到寄存器 x0 中

str:将寄存器中的值写入到内存中,如:

str x0, [x0, x8]  将寄存器 x0 中的值保存到栈内存 [x0,x8] 处

ldr:将内存中的值读取到寄存器中,如:

ldr x0, [x1, x2]  将寄存器 x1 和寄存器 x2 的值相加作为地址,取该地址的值放入寄存器 x0 中.

cbz: 和 0 比较，如果结果为零就转移（只能跳到后面的指令）

cbnz:和非 0 比较，如果结果非零就转移（只能跳到后面的指令）

cmp:比较指令

bl:（branch）跳转到某地址（无返回）

blr:跳转到某地址（有返回）

ret:子程序（函数调用）返回指令，返回地址已默认保存在寄存器 lr (x30) 中

2.2 汇编分析

上面的汇编我们分析一下

我么person类实例化对象的地址赋值给x0
之后 x8, [x8, #0x90]就是把x0的地址进行偏移#0x90，存在x8中
blr x8 就是跳转到我们的方法函数

此时寄存器x8读取的是Person的实例对象

我们在上篇分析过实例对象是一个heapObject类型的结构体，首地址也是metaData数据元的地址。偏移 0x90后得到sleep1()的调用地址。

3个方法是连续的说明应该类似我们oc中类的方法列表存在一个表里

我么编译下

这里相比之前我们关联了UIKit框架所以我们需要指定模拟器环境

swiftc -emit-silgen -Onone -target x86_64-apple-ios14.2-simulator -sdk $(xcrun --show-sdk-path --sdk iphonesimulator) ${SRCROOT}/SwiftMethdoDemo/ViewController.swift > ./ViewController.sil && open ViewController.sil

我么查看sil文件，在最下面这个sil_vtable就类似我们oc中的methodlist 它们是连续的

2.3 源码分析

我们之前知道实例对象本质是heapObject的结构体，由metadata 和refCounts，以及成员变量组成。实例对象的首地址也就是元数据metadata的地址。我们上一篇中分析了metadata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
}

里面没有关于vtable的描述，我们关注下 typeDescriptor 在继TargetClassMetadata中存在关于类的描述getDescription()

我们看下TargetClassDescriptor

整理我们显示TargetClassDescriptor的结构如下

struct TargetClassDescriptor{ var flags: UInt32
var parent: UInt32
var name: Int32
var accessFunctionPointer: Int32
var fieldDescriptor: Int32
var superClassType: Int32
var metadataNegativeSizeInWords: UInt32 var metadataPositiveSizeInWords: UInt32 var numImmediateMembers: UInt32
var numFields: UInt32
var fieldOffsetVectorOffset: UInt32 var Offset: UInt32
}

TargetClassDescriptor 中还定义了这个类的别名 ClassDescriptor

全局搜索

打开后查看ClassContextDescriptorBuilder 就是Metadata的创建

我们找到了我们的列表查看layout方法

我么查看父类的layout调用

上图中的各种创建与TargetClassDescriptor的数据结构比较即可知就是在创建name,Descriptor,Metadata等.

所以完整的详细描述

struct TargetClassDescriptor{ 
var flags: UInt32
var parent: UInt32
var name: Int32
var accessFunctionPointer: Int32
var fieldDescriptor: Int32
var superClassType: Int32
var metadataNegativeSizeInWords: UInt32
var metadataPositiveSizeInWords: UInt32 
var numImmediateMembers: UInt32
var numFields: UInt32
var fieldOffsetVectorOffset: UInt32 
var Offset: UInt32
var size: UInt32
//V-Table
}

2.4 Mach-o文件验证

Mahco: Mach-O 其实是Mach Object文件格式的缩写，是 mac 以及 iOS 上可执行文件的格式，类似于 windows 上的 PE 格式 (Portable Executable ), linux 上的 elf 格式 (Executable and Linking Format) 。常⻅的 .o，.a .dylib Framework，dyld .dsym。 Mahoc文件格式:

首先是头文件,表明该文件是 Mach-O 格式,指定目标架构,还有一些其他的文件属性信息,文件头信息影响后续的文件结构安排.

Load commands 是一张包含很多内容的表. 内容包括区域的位置,符号表,动态符号表等.

Data 区主要就是负责代码和数据记录的。Mach-O 是以 Segment 这种结构来组织数据的，一个 Segment 可以包含 0 个或多个 Section。根据 Segment 是映射的哪一个 Load Command，Segment 中 section 就可以被解读为是是代码，常量或者一些其他的数据类型。在装载在内存中时，也是根据 Segment 做内存映射的。

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