swift底层探索 05 -深入探讨swift的方法调用机制swift底层探索 05 -深入探讨swift的方法调用机制

2021-08-09 11:24:55 浏览数 (1)

在swift底层探索 03 - 值类型、引用类型一文中解释过值类型和引用类型的内存布局。像这样:

图一

1. struct-直接调用

要想知道方法是如何调用的,我是从方法是如何保存开始探索。

从图一看结构体没有像那样的继承、metaData-ISA逻辑。而内存中也找不到方法的任何踪迹,方法存在哪里呢?

1.1 struct方法调用

调用方法structfunc1,然后打开汇编堆栈

图二

  • 找到了方法的地址0x100002bd0并且存在代码段,但是没法找到和结构体的关系。
machOView查看

图三

  • 这部分内存是在程序编译链接的时候就已经生成好的。所以说结构体方法在编译链接阶段已经确定了,并保存到符号表中

图四

  • 符号表中依旧可以找到方法的指针0x100002bd0,而且发现方法名是存在String Table中的。所以调用前无需额外操作
1.2 struct protocol
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protocol Prot {
    func protocolFunc()
}

struct structModel:Prot{
    var age : Int = 18
    func structfunc1(){}
    func structfunc2(){}
    
    func protocolFunc(){}
}
var str = structModel()
str.protocolFunc()

同样打开汇编调试

  • 发现协议方法与普通方法调用是一样的机制:直接调用
1.3 struct extension情况
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struct structModel{
    var age : Int = 18
    func structfunc1(){}
    func structfunc2(){}
}

extension structModel{
    func extensionFunc(){}
}
var str = structModel()
str.extensionFunc()

打开汇编调试

  • 发现拓展与普通方法调用是一样的机制:直接调用
【总结】
  1. 结构体的方法无需额外空间存储,在编译链接阶段就已经确定,编译器在你调用之前就已经确定了方法的指针地址,这种方法调用称为直接调用

2. enum-直接调用

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enum enumModel{
    case `default`
    
    func enumFunc(){}
}
enumModel.default.enumFunc()

打开汇编调试

  • 与结构体相同是直接调用
  • 枚举的方法和结构体的方法调用机制是已完全一致的。都是直接调用

【总结】

  1. 值类型直接调用

3. class-方法调用(函数表调用)

3.1 普通方法

借助之前的经验,先使用汇编来看一下调用堆栈。

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class classtModel{
    func classfunc1(){}
    func classfunc2(){}
}
var cls = classtModel()
cls.classfunc1()
cls.classfunc2()

汇编调用堆栈

图五

sil文件

图六

通过图五,图六得出的结论:

  • 不是直接静态调用,是通过对self进行地址偏移后找到方法指针,进行调用。
  • *0x50(classfunc1) -> *0x58(classfunc12两个方法在内存里是连续的。
swift函数表初始化源码

通过汇编的查看知道了方法和类本身的关系的,方法是如何存储的呢?

  • 在类初始化的时候将类中所有方法都放到classWords这个数组中,而且继承
  • 类的方法调用方式:函数表调用
  • 代码准备
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class PersonModel{
   var age : Int = 18
   func test(){}
   func test1(){}
}

var p = PersonModel()
        p.test()
        p.test1()
调试验证
  1. 代码验证,编译并打开汇编调试
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class PersonModel{
   var age : Int = 18
   func test(){}
   func test1(){}
}
  var p = PersonModel()
  p.test()
  p.test1()
  1. 读取寄存期
  1. 结论
  • 可以看到class中的方法,是以数组的结构直接存在metaData(原类)的内存里;
swift中vtable与oc中method_list区别

oc-method_list

  • 在oc中method_list是一个二维数组包含:普通方法(包含父类方法)数组、类别方法数组.

swift-vtable

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class superClass{
    func superClassfunc1(){}
}
class classtModel:superClass{
    func classfunc1(){}
    func classfunc2(){}
}
extension classtModel{
    func extensionfunc1(){}
}
  • classtModel继承superClass;classtModel拓展classtModel.

看下sil文件

  • class中包含:父类方法本类方法
  • 不包含: 拓展方法
3.2 class protocol
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protocol Prot {
    func protocolFunc()
}
class classtModel:Prot{
    func classfunc1(){}
    func classfunc2(){}
    func protocolFunc(){}
}

查看sil文件

  • 协议方法出现在vtable中,代表和普通方法一致是:函数表调用
3.3 class entension
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class classtModel{
    func classfunc1(){}
}
extension classtModel{
    func extensionfunc1(){}
}
var cls = classtModel()
cls.extensionfunc1()

打开汇编调试

  • 发现entension中的方法调用和值类型的调用一致:直接调用
  • 因为在类初始化的时候就已经完成vtable的创建,有继承关系时extension没法找到一个合理的起始位置开发存放entension中的方法
3.4 final、class、static关键字

方法前增加final关键字后,该方法不得被继承。

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class classtModel{
    final func classfunc1(){}
}
var cls = classtModel()
cls.classfunc1()

打开汇编调试

  • 发现在普通方法前加上final关键字后方法调用和值类型调用方式一致为:直接调用.可以当做是一个静态方法看.

注:

增加**class关键字**、**static关键字**后,调用方式都会变为**直接调用**

3.5 @objc / dynamic关键字

@objc是将该方法暴露给oc使用 dynamic关键字是将方法标记为可变方法。

以@objc为例:

代码语言:javascript复制
class classtModel{
    @objc func classfunc1(){}
    dynamic func classfunc2(){}
}

查看sil文件:

  • 两个方法都出现在了vtable中,说明这两个都放都是使用:函数表
3.6 @objc dynamic 组合关键字

@objc dynamic是将方法保留给oc且还可以动态修改

代码语言:javascript复制
class classtModel{
    @objc dynamic func classfunc2(){  }
}
var cls = classtModel()
cls.classfunc2()
  • 使用@objc dynamic之后,相当于是和oc的方法一样可以动态修改了。所以在调用的时候也需要使用动态消息转发
【面试题】
代码语言:javascript复制
protocol TestProtocol {
    
}
class CJLTeacher: TestProtocol{
    var age = 18
    var double = 1.85
    func teach(){
        print("LGTeacher teach")
    }
}

func test(_ value: TestProtocol){
    let valueType = type(of: value)
    print(valueType)
}
var t = CJLTeacher()
let t1: TestProtocol = CJLTeacher()
test(t)
test(t1)

会输出什么?

代码语言:javascript复制
LGTeacher teach
TestProtocol teach
  • 体现了swift的多态性

如果是这样

代码语言:javascript复制
protocol TestProtocol {
    func teach(){
        print("TestProtocol teach")
    }
}

输出又会变成:

代码语言:javascript复制
LGTeacher teach
LGTeacher teach
  • 参考
【总结】

引用类型的方法调用相对复杂:直接调用,函数表调用,消息转发都会出现。

调用方式总结

值类型

引用类型

普通方法

直接调用

函数表调用

protocol协议

直接调用

函数表调用

extension拓展

直接调用

直接调用

final

-

直接调用

继承方法

-

函数表调用

@objc

-

函数表调用

dynamic

-

函数表调用

@objc dynamic

-

objc_msgSend消息转发

dynamic拓展

代码语言:javascript复制
class classtModel{
    dynamic func classfunc2(){
        print("classfunc2")
    }
}
extension classtModel{
    @_dynamicReplacement(for: classfunc2)
    private func repFunc(){
        print("repFunc")
    }
}
var cls = classtModel()
cls.classfunc2()
  • 使用@_dynamicReplacement(for: 要替换的方法名)关键字,可以实现oc中的方法交换

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