Swift Runtime-初探

前言

本文介绍Swift Runtime机制.相信大家对于Objective-C里的Class都或多或少有一些了解.即使没有去研究过,也可能听说过Class其实是结构体,结构体里面含有isa,superClass这样的说法.那么本文研究的就是Swift类本质及其运行时原理.

初探

首先新建一个Xcode项目,为了不让其它因素干扰,选择Command Line Tool

新建Command Line Tool

生成项目的目录结构非常简单

目录结构

先进入main.swift文件查看.可以看到文件内容非常简单,这就是选择Command Line Tool的原因,不被其它因素干扰

//  main.swift
//  Runtime
//
//  Created by XXX on 2020/4/19.
//  Copyright © 2020 Runtime. All rights reserved.
//

import Foundation

print("Hello, World!")

接下来删掉除print("Hello,World")之外包括注释的所有代码,并在print("Hello,World")加上断点

接下来我们定义一个Person类,并且增加如下代码到print("Hello,World")上方:

class Person {
    
}
var a = Person()
var b = Person()
var c = Person()

print("Hello, World!")

然后让我们运行,因为断点的原因,程序会在print("Hello,World")停住.可以看到a,b,c三个变量成功赋值了.

让我们仔细的看一下三个变量,可以看出都是Person类,后面的16进制值其实是变量所指向的地址,a,b,c三个变量其实是三个指向Person类的指针,而他们的值就是Person类的实例对象所在的地址.

那么让我们来看一下对象所在的地址里都是什么内容.在lldb输入如下命令:x/2gx <对象地址>

命令的意思是以指定格式输出对象地址处的内容.先让我们观察一下输出的第一段内容0x0000000100002108,发现三个对象起始位置都是一样的,让人猜测是否是指明类型的数据.我们再来定义一个Animal类型验证一下:

class Person {
    
}
class animal {
    
}
var a = Person()
var b = Person()
var c = Person()

var d = animal()
var e = animal()
var f = animal()

print("Hello, World!")

明显发现a,b,c三个Person类型的起始位置为0x0000000100002198,而d,e,f三个都为0x0000000100002228与Person类的变量是不一样的.相同类型的一样,不同类型的不一样,可以判断起始位置就是类信息数据所在处.
那至于后面一段内容0x0000000400000002,0x0000000200000002是什么呢?让我们继续探究,将代码修改成如下,并像上面一样打印对象内容:

class Person {
    
}

var a = Person()

print("Hello, World!")

接下里我们再增加一句代码:var b = a,并再次输出对象内容:

class Person {
    
}

var a = Person()
var b = a
print("Hello, World!")

第三次我们再增加:var c = a,并再次输出对象内容:

class Person {
    
}

var a = Person()
var b = a
var c = a
print("Hello, World!")

三次结果,我们会发现第二段的内容一次变化为0x0000000200000002->0x0000000400000002->0x0000000600000002,会发现有一个值会每次有规律的增加2.
而两次增加的代码var b = a var c = a其实是对a变量的引用,每引用一次对象第二段的内容的某个值会增加2.这个看上去是不是很像我们熟悉的引用计数呢?

总结

其实查阅Swift的源码及文档,一个对象实际上是HeapObject结构体,结构如下:

struct HeapObject {
  /// This is always a valid pointer to a metadata object.
  HeapMetadata const *metadata;
  InlineRefCounts refCounts
}

其中metadata是描述类型信息的数据结构指针,而refCounts如名称所示,是引用计数的数据结构.
所以我们的初步研究完全能得到对应的结果,实例变量是HeapObject结构体,并且保存类信息和自己的引用计数.接下来我们就会仔细研究一下这两个metadata和refCounts.