swift底层探索 01 - 类初始化&类结构

探索swift可以通过：源码调试，Sil文件，xcode断点调试这些方式来进行探索，除Sil文件这种方式其他的都会在本文中出现。OC底层探索01-找到底层探索的钥匙会有解释。

探索路径同样是参考oc的探索路径，先从类开始。

类初始化

1. 使用Xcodel断点调试

• 创建一个简单的类，开启汇编断点

• 1步骤就是__allocation_init是swift对象初始化入口
• 通过2步骤可以进入下一步(下断点，按住control+↓)

• swift_allocObject是初始化第二步
• 下断点，按住control+↓进入下一步

• swift_slowAlloc是初始化第三步
• 下断点，按住control+↓进入下一步

• malloc_zone_malloc是初始化第四步，在这一步完成内存的分配，最终完成alloc步骤。

2. 使用源码调试

现在通过源码调试来验证一下之前的论点。源码编译方式Swift-5.3.1 源码编译.

static HeapObject *_swift_allocObject_(HeapMetadata const *metadata,
                                       size_t requiredSize,
                                       size_t requiredAlignmentMask) {
  assert(isAlignmentMask(requiredAlignmentMask));
  //swift慢速创建流程
  auto object = reinterpret_cast(
      swift_slowAlloc(requiredSize, requiredAlignmentMask));
  //为创建好的内存赋值
  new (object) HeapObject(metadata);

  SWIFT_LEAKS_START_TRACKING_OBJECT(object);

  SWIFT_RT_TRACK_INVOCATION(object, swift_allocObject);

  return object;
}

void *swift::swift_slowAlloc(size_t size, size_t alignMask) {
  void *p;
  
  //一般使用 8字节对齐 
  //#  define MALLOC_ALIGN_MASK 15
  if (alignMask <= MALLOC_ALIGN_MASK) {
#if defined(__APPLE__)
    //apple的类会进入这里
    p = malloc_zone_malloc(DEFAULT_ZONE(), size);
#else
    p = malloc(size);
#endif
  } else {
  //大于16字节对齐的情况，比较少见
    size_t alignment = (alignMask == ~(size_t(0)))
                           ? _swift_MinAllocationAlignment
                           : alignMask + 1;
    p = AlignedAlloc(size, alignment);
  }
  if (!p) swift::crash("Could not allocate memory.");
  return p;
}

• 根据源码也可以跟到具体的流程
• alignMask <= MALLOC_ALIGN_MASK进入这个判断可以看出swift类一般使用的是8字节对齐

#define malloc_zone_malloc(zone,size) malloc(size)

• malloc_zone_malloc只是一个宏定义，最终调用malloc

3. 初始化流程图

类结构 - HeapObject结构

1. 编译器断点

• 在进行类创建，源码调试的时候发现swift的类结构是这样的。和oc比起来是有一些不同的。我们换种方式看看.

2. lldb

• 相比于OC不同的是，除了第一位之外，还将引用计数当做第二个参数保存到对象中

3. 源码查看

swift对象继承自HeapObject

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

//#define SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS       \
  InlineRefCounts refCounts
  SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS;
  
  ...
}

swift-类的结构图

HeapMetadata结构

如果说metaData相比于oc对象中的isa的而言的话，应该要包含isa,superclass,cache_t,date等类的信息。我们就来看看HeapMetadata结构都有些什么呢~

//相当于宏定义 
using HeapMetadata = TargetHeapMetadata

//template 模板类
struct TargetHeapMetadata : TargetMetadata{
    。。。
}

struct TargetMetadata{
    StoredPointer Kind; //用来区分是什么类型的原数据 

//一个相关的方法
    getObjCClassObject() const {
    return reinterpret_cast(
      const_cast*>(
        getClassObject()));
  }
}

• TargetHeapMetadata是一个模板类，想要了解内部结构需要继续向下查看
• 类似于泛型，限制泛型的具体类型
• 没有看到其他相关定义，只能借助其他方式来查看getClassObject。

借助getClassObject方法查看HeapMetadata结构

//获取类对象
  Metadata::getClassObject() const {
    switch (getKind()) {
    case MetadataKind::Class: {
      return static_cast(this);
    }
    //如果是类，指针强转为ClassMetadata
    case MetadataKind::ObjCClassWrapper: {
      auto wrapper = static_cast(this);
      return wrapper->Class;
    }
      return nullptr;
    }
  }

• 我们发现将当前指针强转为ClassMetadata。指针可以强转则表示内部结构是相同的，我们可以转换角度去查看ClassMetadata.

ClassMetadata

using ClassMetadata = TargetClassMetadata;
struct TargetClassMetadata : TargetAnyClassMetadata {
    ClassFlags Flags;
    uint32_t InstanceAddressPoint;
    uint32_t InstanceSize;
    ...
}

struct TargetAnyClassMetadata : TargetHeapMetadata
{
  ConstTargetMetadataPointer  Superclass;
  TargetPointer CacheData[2];
  StoredSize Data;
  ...
}

• 看到这部分应该是明白了，结构和OC底层探索08-基于objc4-781类结构分析是相同的。
• 只有kind有点不一致，其实也可以看做是isa，都是指向元类

元类结构图

swift类结构.png