swift类和对象的底层探索分析-kb88凯时官网登录

目录

• 引言
• 1. 对象
• 1.1 上层代码中查找
• 1.1.1 查找对象调用方法
• 1.1.2 设置符号断点
• 1.2 swift_allocobject
• 1.3 swift_showalloc
• 1.4 查看heapobject结构体
• 1.5 对象内存大小计算
• 1.6 总结
• 2. 类
• 2.1 查找heapmetadata
• 2.2. targetheapmetadata
• 2.3. targetmetadata
• 2.4. targetclassmetadata
• 2.5. targetanyclassmetadata

引言

在上文已经了解了sil，接下来主要通过swift源码和sil剖析底层。本文主要通过底层源码探索类和对象在底层的结构

主要内容：

• 对象
• 类

1. 对象

通过源码中探索swift对象创建过程以及最终得到的对象结构。

1.1 上层代码中查找

通过符号断点调试来查找底层调用方法

源码：

class wystudent {
    var age: int = 18
    var name: string = "wy"
}
var stu = wystudent();

1.1.1 查找对象调用方法

通过断点查看发现是通过__allocating_init()方法实现对象的创建

添加断点

查看调用方法

1.1.2 设置符号断点

符号断点：

查看：

说明：

• 在上面sil的认识中已经知道了对象是通过__allocating_init()来创建的，在此处打断点查看
• 在__allocating_init()方法中可以看到会调用swift_allocobject()方法
• 因此接下来就需要在源码中查看该方法
• __allocating_init()方法中做了两件事
  • 调用swift_allocobject创建对象
  • 调用init()初始化对象，这个init方法是类默认提供的，也是默认调用的

1.2 swift_allocobject

说明：

• 通过swift_slowalloc分配内存，并进行内存字节对齐，传入开辟的内存空间大小和对齐位数
• 通过heapobject方法构造一个heapobject对象，并且绑定到object上
• 因此此时的object就是一个heapobject对象
• 函数的返回值是heapobject类型，所以当前对象的内存结构就是heapobject的内存结构

1.3 swift_showalloc

// apple malloc is always 16-byte aligned.
#  define malloc_align_mask 15

说明：

• 通过swift_slowalloc用来分配内存空间
• 这里会通过对齐位数来判断使用哪种方法来分配空间
• 最小的对齐位数是16字节，如果传入的位数小于16字节，那么就是用16字节对齐，也就是使用malloc方法
• 如果大于16字节位数，那么使用alignedalloc方法

1.4 查看heapobject结构体

结构体

refcounts查看：

typedef refcounts inlinerefcounts;
//是一个类，所以它的对象就是8个字节
class refcounts {
  std::atomic refcounts;//引用计数
  ...
}

说明：

• 结构体内包含一个成员，metadata
• heapobject()初始化器，会初始化metadata和refcounts，因此对象中会有这两种属性
• 其中metadata类型是heapmetadata，是一个指针类型，占8字节，其实它就是类信息
• refcounts是引用计数，也占有8个字节
• refcounts的类型是inlinerefcounts
• 而inlinerefcounts是一个类refcounts的别名
• refcounts是一个类，所以refcounts占8个字节

1.5 对象内存大小计算

说明：

• metadata占8个字节
• refcounts占8个字节
• 再加上age的8个字节
• name占8个字节
• 所以总共是40个字节

1.6 总结

实例对象的底层结构是heapobject结构体

默认16字节内存大小，metadata 8字节 refcounts 8字节

metadata是类信息结构，下面会分析

refcounts是引用计数，后面也会详细分析

swift中对象的内存分配流程是：

__ allocating_init --> swift_allocobject_ --> _swift_allocobject --> swift_slowalloc --> malloc

2. 类

对象在底层中的结构是heapobject结构体，其第一个属性为metadata，因此从这个属性出发来查看类的结构

2.1 查找heapmetadata

代码：

using heapmetadata = targetheapmetadata;

说明：

• 上文可知对象结构体heapobject包含有heapmetadata结构体，对象通过它来查找对应的类信息
• 点击进入heapmetadata的定义，发现它是targetheapmetadata类型的别名
• 并且接收了一个参数inprocess

2.2. targetheapmetadata

代码：

//模板类型
template 
struct targetheapmetadata : targetmetadata {
  using headertype = targetheapmetadataheader;
  targetheapmetadata() = default;
  //初始化方法
  constexpr targetheapmetadata(metadatakind kind)
    : targetmetadata(kind) {}
#if swift_objc_interop
  constexpr targetheapmetadata(targetanyclassmetadata *isa)
    : targetmetadata(isa) {}
#endif
};

说明：

• targetheapmetadata其本质是一个模板类型，其中定义了一些所需的数据结构
• 这个结构体中没有属性，只有初始化方法
• 初始化方法中传入了一个metadatakind类型的参数，之后就可以返回targetmetadata对象
• 同时可以看到这里传入的kind也就是上面的inprocess了
• 该初始化方法构造的对象需要通过该参数来确定

2.3. targetmetadata

代码：

说明：

• 在targetmetadata中可以看到有一个kind属性，这是在构建对象时传入的那个参数

查看metadatakind

说明：

• 可以看到它是uint32_t类型

类型

说明：

• 进入metadatakind定义，里面有一个#include "metadatakind.def"
• 点击进入，其中记录了所有类型的元数据

getclassobject方法：

const targetclassmetadata *getclassobject() const;
//******** 具体实现 ********
template<> inline const classmetadata *
  metadata::getclassobject() const {
    //匹配kind
    switch (getkind()) {
      //如果kind是class
    case metadatakind::class: {
      // native swift class metadata is also the class object.
      //将当前指针强转为classmetadata类型
      return static_cast(this);
    }
    case metadatakind::objcclasswrapper: {
      // objective-c class objects are referenced by their swift metadata wrapper.
      auto wrapper = static_cast(this);
      return wrapper->class;
    }
    // other kinds of types don't have class objects.
    default:
      return nullptr;
    }
  }

说明：

• 在targetmetadata结构体定义中有一个方法getclassobject，它就可以用来获取类对象，也就是类
• 在方法中的核心逻辑是通过kind来判断当前是哪种类型，之后返回
• 这里我们需要的是类类型，因此判断为metadatakind::class，就会返回classmetadata类型

验证：

命令：

po metadata->getkind()

得到其kind是class

po metadata->getclassobject() x/8g 0x0000000110efdc70

这个地址中存储的是元数据信息!

说明：

• 传递进来的kind发现可以判断为类
• 通过方法调用最后得到的是一个类对象，也就是类
• 通过x/8g查看类信息，里面就是存储的元数据信息

注意：

• targetmetadata 和 targetclassmetadata 本质上是一样的
• 因为在内存结构中，可以直接进行指针的转换，所以可以说，我们认为的结构体，其实就是targetclassmetadata

2.4. targetclassmetadata

代码：

template 
struct targetclassmetadata : public targetanyclassmetadata {
    ...
    //swift特有的标志
    classflags flags;
    //实力对象内存大小
    uint32_t instancesize;
    //实例对象内存对齐方式
    uint16_t instancealignmask;
    //运行时保留字段
    uint16_t reserved;
    //类的内存大小
    uint32_t classsize;
    //类的内存首地址
    uint32_t classaddresspoint;
  ...
}

说明：

• 包含了很多属性，这些都属于类结构信息
• 并且它继承自targetanyclassmetadata

2.5. targetanyclassmetadata

代码：

说明：

• targetanyclassmetadata是所有的类结构，不单单是给swift用的
• 继承自targetheapmetadata，这也证明类本身也是对象
• 提供有isa、superclass、cache、data，和oc的底层类结构完全一样

以上就是swift类和对象的底层探索分析的详细内容，更多关于swift类和对象的资料请关注其它相关文章！