Swift方法调用

在了解Swift发布调用机制之前,先来了解下swift方法是如何保存的。

在swift中所有数据类型的无外乎两种:值类型,引用类型

值类型 : 在内存中直接保存值,有点类似oc中taggedPointer
引用类型 : 在内存中保存指针地址

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编程语言 函数调用机制有三种:
  • 直接调用
  • 函数表调用
  • 消息派发机制调用

函数调用机制是程序判断使用哪种途径去调用一个函数的机制,每次函数调用时都会被触发。
了解函数的调用机制,对于写出高性能代码来说十分有必要。
Java:默认函数表调用,可以通过final修饰修改成直接派发。
C++:默认是直接调用,但可以通过virtual修饰符来改成函数表派发
Objective-C:总是使用消息派发的机制,但允许开发者使用C直接派发来获取性能的提高。

Swift 函数调用机制,以上 三种都会涉及到。

调用方式:(Types of Dispatch)

程序派发的目的是为了告诉CPU需要被调用的函数在哪里。在我们深入理解Swift派发机制之前,先来了解下这三种派发机制,以及没中方式在动态性和性能之间的取舍。

直接调用:

直接派发是最快的,不止是因为需要调用的指令集少,并且编译器还有很大的优化空间(比如:函数内联)。直接派发也称为静态调用。
然而,对于编程来说直接调用也是最大的局限,而且因为缺乏动态性所以没办法支持继承。

函数表调用

函数表派发是编译型语言实现动态行为最常见的实现方式。函数表使用了一个数组来储存类声明的每一个函数的指针。大部分语言把这个称为『virtual table』虚函数表,Swift里称为 『witness table』。每一个类都会维护一个虚函数表,里边记录着类的所有函数,如果父类被override的话,表里只会保存override之后的函数,子类新增后会被插到这个数组的最后,运行时会决定这一个表实际要被调用的函数。
当一个函数调用时,首先要读取函数表,在读取函数对应的索引,然后跳转。

消息派发机制调用

消息机制是调用函数的最动态的方式,也是Cocoa的基础,这样的机制催生了KVO、UIAppearence、CoreData等功能,这种运作方式的关键在于开发者可以在运行时改变函数的行为,不止可以通过swizzling 来改变,还可以用 isa-swizzling修改对象的继承关系,可以在面向对象的基础上实现自定义派发。

Struct方法调用

示例代码如下:

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通过调试信息可知,内存中只存储了变量age,并未存储方法。

image-20210518180344896

打开汇编堆栈,可知funcDemo方法的地址0x10a242430在代码段中,其在符号表中的名称为s11SwiftMethod9StructOneV8funcDemoyyF

image-20210518180422313

(注:cat address指令需要安装lldb扩展,点击这里下载)

使用image list命令获取到系统默认的地址偏移量0x000000010a23f000

image-20210518180445508

使用方法地址0x10a242430减去默认的地址偏移量0x000000010a23f000,得到该方法真实的地址0x3430

此时查看程序的MachO文件,在TEXT段中查看0x3430,可以看出右图框中的部分即为方法funcDemo的汇编代码。

7D88E609E9060D842517272C791167C6

再点击Xcode的step into按钮进入方法内部并查看其汇编代码。

image-20210518180604511

通过比较二者的汇编代码,可知此时程序执行的就是预先生成好的汇编代码。

再将在MachO文件的符号表中进行查找s11SwiftMethod9StructOneV8funcDemoyyF,也可以知道其地址为0x3430

image-20210421155514739

由此可以看出结构体方法是在程序编译链接时就直接在符号表中生成好,调用时无需额外操作。

按照同样的步骤,struct + protocol & struct + extension 也是直接调用。

枚举类方法调用

定义如下枚举类

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打开汇编调试

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由汇编指令可知,枚举类的方法是直接调用的。

Class 方法调用

定义如下类:

class ClassMethodModel {
    func funcOne() {
        print("funcOne")
    }
    func funcTwo() {
        print("funcTwo")
    }
}
let cm = ClassMethodModel()
cm.funcOne()
cm.funcTwo()

使用 xcrun swiftc -emit-sil ClassMethod.swift 得到 swift代码 编译后的 sil 产物,可以看出class的方法是存在vtable中的。


sil_vtable ClassMethodModel {
  #ClassMethodModel.funcOne: (ClassMethodModel) -> () -> () : @$s11ClassMethod0aB5ModelC7funcOneyyF // ClassMethodModel.funcOne()
  #ClassMethodModel.funcTwo: (ClassMethodModel) -> () -> () : @$s11ClassMethod0aB5ModelC7funcTwoyyF // ClassMethodModel.funcTwo()
  #ClassMethodModel.init!allocator: (ClassMethodModel.Type) -> () -> ClassMethodModel : @$s11ClassMethod0aB5ModelCACycfC    // ClassMethodModel.__allocating_init()
  #ClassMethodModel.deinit!deallocator: @$s11ClassMethod0aB5ModelCfD    // ClassMethodModel.__deallocating_deinit
}

借助之前分析Struct和Enum的经验,先来看一下class的汇编调试代码

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从图中可以看出,rax即为变量 cm,0x45e9为funcOne的地址,0x45d9为funcTwo的地址。

对此可以得出结论:swift的class方法调用不是直接调用,而是对变量进行地址偏移后找到方法指针,再进行调用。

messageSend 调用

设计了如下Demo程序,模拟OC调用Swift代码。

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i

查看其断点处的汇编代码:

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可知OC调用swift @objc方法是通过objc_msgSend进行的。

反过来使用swift调用swift @objc方法,Demo代码如下:

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其断点处的汇编代码为:

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根据汇编代码,结合上文分析class方法调用的汇编代码,可知swift调用swift @objc方法是函数表调用。

调用方式总结

Struct & Enum Class
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 - Swift调用Swift为函数表调用 ,OC调用Swift为消息转发
dynamic - 函数表调用
@objc dynamic - objc_msgSend消息转发

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