swift底层探索 05 -深入探讨swift的方法调用机制

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]看结构体没有像类那样的继承、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

• 在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

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

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

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】

2. 值类型是直接调用

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。

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。

1. 代码准备

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

class PersonModel{
   var age : Int = 18
   func test(){}
   func test1(){}
}
  var p = PersonModel()
  p.test()
  p.test1()

2. 读取寄存期

   
   

3. 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

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

• 在class中包含：父类方法，本类方法
• 不包含: 拓展方法

3.2 class + protocol

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

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。

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：

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

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】

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？

LGTeacher teach
TestProtocol teach

• 体现了swift的多态性

如果是这样

protocol TestProtocol {
    func teach(){
        print("TestProtocol teach")
    }
}

输出又会变成：

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

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