1、初识类与结构体

Swift 中类用class修饰，结构体用struct修饰

class ClassSwagger{
    var age:Int
    var name:String
    
    init(age:Int, name:String) {
        self.age = age
        self.name = name
    }
    deinit{
        
    }
}
struct StructSwagger{
    var age:Int
    var name:String
    init(age:Int, name:String) {
        self.age = age
        self.name = name
    }
}

1.1 结构体和类的相同点不同点

相同点

定义存储值的属性
定义方法
定义下标以使用下标语法提供对其值的访问
定义初始化器
可以使用 extension 来拓展功能
遵循协议来提供某种功能

主要的不同点

类有继承的特性，而结构体没有
类型转换使您能够在运行时检查和解释类实例的类型
类有析构函数用来释放其分配的资源
引用计数允许对一个类实例有多个引用

1.2 类和结构体最本质的区别

类是引用类型，结构体是指类型

我们可以通过lldb 指令来查看当前变量的内存结构

po：只会输出对应的值

p：返回值的类型以及命令结果的引用名

x/8g：读取内存中的值(8g: 8字节格式输出)

frame variable -L 打印对象的内存布局

类类型的引用

一个类类型的变量并不直接存储具体的实例对象，是对当前存储具体实例内存地址的引用，如图所示

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s 和 s1 的地址是相同的，且两个变量引用对象的内存地址完全相同符合引用类型的结果。

结构体是值类型

结构体是一种值类型，内存分配在栈中。复制后新的实例和值类型成员属性的地址空间都是重新分配的，引用类型的成员属性仍然指向之前的地址空间

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ct 和 ct1 的地址是不相同的，且每个变量的内存地址中存储的属性也是不同的地址，说明两个指向的是两个实例对象

存储区域的不同

引用类型和值类型还有一个最直观的区别就是存储的位置不同: 一般情况，值类型存储的在栈上，引用类型存储在堆上

对于类的内存分配
1. 在栈上开辟 8 字节内存空间存储 s 变量，s1 变量中存储 ClassSwagger 的地址
2. 在堆上，会寻找合适的内存区域，开辟内存，存储 ClassSwagger 的实例对象
3. 函数结束时，会销毁栈上的指针，查找并回收堆上的示例变量
对于结构体的内存分配
1. 在栈上直接分配结构体内存大小的空间存储结构体的值

2、初始化器

初始化器是为了可以完整地初始化实例，所以在初始化器中必须完成对存储属性的赋值

2.1 默认初始化器

编译器不会自动提供类的初始化器，需要自己提供一个指定初始化器
结构体来说编译器会提供默认的初始化方法（前提是我们自己没有指定初始化器）！

2.2 指定初始化器

每个类至少有一个指定初始化器，指定初始化器是类的主要初始化器,类偏向于少量指定初始化器，一个类通常只有一个指定初始化器
指定初始化器必须保证在向上委托给父类初始化器之前，其所在类引入的所有属性都要初始化完成

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指定初始化器必须先向上委托父类初始化器，然后才能为继承的属性设置新值

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2.3 类的便利初始化器

便捷初始化器必须先委托同类中的其它初始化器，然后再为任意属性赋新值(包括同类里定义的属性)

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2.4 可失败初始化器

当前因为参数的不合法或者外部条件的不满足，存在初始化失败的情况截屏2022-01-24 15.17.38.png

2.5 必要初始化器

在类的初始化器前添加 required 修饰符来表明所有该类的子类都必须实现该初始化器截屏2022-01-24 15.19.53.png 截屏2022-01-24 15.20.07.png

3、类的生命周期

3.1 Swift的编译

iOS开发的语言不管是OC还是Swift后端都是通过LLVM进行编译的，如下图所示:

OC 通过clang编译器，编译成IR，然后再生成可执行文件 .o(这里也就是我们的机器码)
Swift则是通过Swift编译器编译成IR，然后在生成可执行文件

3.2 Swift源码分析

Swift源码

搜索HeapObject.cpp文件找到 swift_allocObject 函数可以看到内部调用了swift_slowAlloc函数

进入swift_slowAlloc 函数可以看到调用了 malloc

由此可以得出 swift对象创建时经过如下的过程分配内存的__allocating_init -> swift_allocObject -> _swift_allocObject_ -> swift_slowAlloc -> malloc

Swift对象的内存结构 HeapObject (OC objc_object) 有两个属性: 一个是 Metadata ，一个是 RefCount，默认占用16字节大小

4、类的结构窥探

在OC 中类的只有一个 isa 指针，但是在 swift 中有 HeapMetadata 和 refCounts 两个属性

4.1 Metadata源码分析

Metadata的继承关系及结构简述

查看Metadata的源码可以看到Metadata是HeapMetadata 类型这是 TargetHeapMetadata 定义的别名

查看 TargetHeapMetadata 可得它继承自 TargetMetadata，同时也可以知道其初始化时如果是纯swift类则传入 MetadataKind kind 如果是和 OC 交互的类传入 isa

在TargetMetadata 中可得到一个 kind 的成员变量

MetadataKind 的解析

查看 MetadataKind 可得它是一个 uint32_t的类型在 swift 中 MetadataKind有如下类型

4.2 类的结构分析

源码分析猜想

上面说到了 Metadata 最终继承自 TargetMetadata，且其成员中的 kind 对应多种类型，所以猜测 Metadata 最终会在这里完成创建通过源码分析可以看到下面的这个函数

可以看出这里会根据 kind 的种类将TargetMetadata 转换为其他类型的 Metadata ，所以 TargetMetadata 可能就是所有类型的元类型的基类

当 kind 的是Class 时会将 this 强转为 TargetClassMetadata 类型这个类型可能就是类的最终结构，所以分析它的结构就应该可以得到类的大致结构

 case MetadataKind::Class: {
      const auto cls = static_cast<const TargetClassMetadata<Runtime> *>(this);

进入 TargetClassMetadata 其继承自TargetAnyClassMetadata

最终通过对源码的追踪可以发现类的结构有如下继承关系

TargetClassMetadata ： TargetAnyClassMetadata ：TargetHeapMetadata ： TargetMetadata

经过以上分析，可以大致得出swift类的结构如下

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
}

强转结构验证

上面分析得到类的实例对象结构是 HeapObject 有两个属性: 一个是 Metadata ，一个是 RefCount

所以我们自定义一个结构体，然后将我们的实例对象强转为该类型，如果转换成功则说明分析正确

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结果说明

上面分析的类的实例对象结构为HeapObject类型
metadata 可以转换成上述分析的Metadata类型

Swift 类与结构体（上）