异变办法

上面的文章咱们讲到类和结构体都能界说办法，但是需求留意的是值类型的特点不能被本身办法修正。比如下面的比如：

class SPClass {
  var x: Double = 0
  var y: Double = 0
  func modify(x deltaX: Double, y deltaY: Double) {
    x += deltaX
    y += deltaY
  }
}
struct SPStruct {
  var x: Double = 0
  var y: Double = 0
  func modify(x deltaX: Double, y deltaY: Double) {
    x += deltaX
    y += deltaY
  }
}

关于结构体的值类型会报错’Left side of mutating operator isn’t mutable: ‘self’ is immutable‘，而类确能够，这是为什么呢？

咱们知道值类型的目标便是其成员变量本身，咱们知道，结构体SPStruct的首地址也便是第一个成员变量x的地址，那么在办法modify里边修正x相当于修正结构体本身，这当然是不允许的，由于“不安全”。那么想要在结构体里边修正成本变量的值有什么办法呢，答案是运用mutating关键字。

那么运用mutating和不运用mutating的办法到底有什么区别呢？咱们运用sil来调查一下。不运用mutating：

// SPStruct.modify(x:y:)
sil hidden @$s4main8SPStructV6modify1x1yySd_SdtF : $@convention(method) (Double, Double, SPStruct) -> () {
// %0 "deltaX"                                    // user: %3
// %1 "deltaY"                                    // user: %4
// %2 "self"                                      // user: %5
bb0(%0 : $Double, %1 : $Double, %2 : $SPStruct):
  debug_value %0 : $Double, let, name "deltaX", argno 1 // id: %3
  debug_value %1 : $Double, let, name "deltaY", argno 2 // id: %4
  debug_value %2 : $SPStruct, let, name "self", argno 3, implicit // id: %5
  %6 = tuple ()                                   // user: %7
  return %6 : $()                                 // id: %7
} // end sil function '$s4main8SPStructV6modify1x1yySd_SdtF'

关键是

$@convention(method) (Double, Double, SPStruct)
debug_value %2 : $SPStruct, let, name “self”, argno 3

运用mutating：

// SPStruct.modify(x:y:)
sil hidden @$s4main8SPStructV6modify1x1yySd_SdtF : $@convention(method) (Double, Double, @inout SPStruct) -> () {
// %0 "deltaX"                                    // user: %3
// %1 "deltaY"                                    // user: %4
// %2 "self"                                      // user: %5
bb0(%0 : $Double, %1 : $Double, %2 : $*SPStruct):
  debug_value %0 : $Double, let, name "deltaX", argno 1 // id: %3
  debug_value %1 : $Double, let, name "deltaY", argno 2 // id: %4
  debug_value %2 : $*SPStruct, var, name "self", argno 3, implicit, expr op_deref // id: %5
  %6 = tuple ()                                   // user: %7
  return %6 : $()                                 // id: %7
} // end sil function '$s4main8SPStructV6modify1x1yySd_SdtF'

关键是

$@convention(method) (Double, Double, @inout SPStruct)
debug_value %2 : $*SPStruct, var, name “self”, argno 3

咱们看到不同点是关于默认的参数会多出一个inout的关键字，查看inout的sil文档解释：An @inout parameter is indirect. The address must be of an initialized object.（当时参数类型是直接的，传递的是已经初始化过的地址）所以异变办法的本质是：关于异变办法，传入的self会被标记为inout参数。不管mutating内部产生什么，都会影响外部依赖类型的一切。

swift类的结构

源码剖析

依据源码剖析不难看出

using ClassMetadata = TargetClassMetadata<InProcess>;

ClassMetadata是TargetClassMetadata的别名

TargetClassMetadata承继自TargetAnyClassMetadata; TargetClassMetadat有特点

ClassFlags(uint32_t) Flags类标志
uint32_t InstanceAddressPoint实例地址指针
uint32_t InstanceSize该类型实例的所需巨细
uint16_t InstanceAlignMask此类型实例地址的对齐掩码
uint16_t Reserved保留字段
uint32_t ClassSize类目标总巨细
uint32_t ClassAddressPoint类目标的偏移量
ConstTargetMetadataPointer<Runtime, TargetClassDescriptor> Description;类描绘
TargetPointer<Runtime, ClassIVarDestroyer> IVarDestroyer;

TargetAnyClassMetadata承继自TargetHeapMetadata TargetAnyClassMetadata有特点

ConstTargetMetadataPointer<Runtime, swift::TargetClassMetadata> Superclass;履行父类的指针
TargetPointer<Runtime, void> CacheData[2];缓存数据，缓存一些动态查找，用于OC运转时
StoredSize Data;元数据头：元数据头

TargetHeapMetadata承继自TargetMetadata TargetMetadata中有一个特点StoredPointer Kind;哪种元类型总结如下，swift的类的Metadata的数据结构如下：

struct Metadata {
	var kind: Int 
	var superClass: Any.Type 
	var cacheData: (Int, Int) 
	var data: Int 
	var classFlags: Int32 
	var instanceAddressPoint: UInt32 
	var instanceSize: UInt32 
	var instanceAlignmentMask: UInt16 
	var reserved: UInt16 
	var classSize: UInt32 
	var classAddressPoint: UInt32 
	var typeDescriptor: UnsafeMutableRawPointer 
	var iVarDestroyer: UnsafeRawPointer 
}

其间的咱们关注下typeDescriptor这个字段，咱们发现class,struct,enum都有自己的typeDescriptor的构造办法，关于类咱们看到有这样的函数ClassContextDescriptorBuilder 阅览源码不难得出TargetClassDescriptor的数据结构

struct TargetClassDescriptor {
	var flags: UInt32 
	var parent: UInt32 
	var name: Int32 var 
	accessFunctionPointer: Int32 
	var fieldDescriptor: Int32 
	var superClassType: Int32 
	var metadataNegativeSizeInWords: UInt32 
	var metadataPositiveSizeInWords: UInt32 
	var numImmediateMembers: UInt32 
	var numFields: UInt32 
	var fieldOffsetVectorOffset: UInt32 
 }

其间有addVtable比较显眼，点击进去

咱们斗胆猜测fieldOffsetVectorOffset后边便是offset和size的字段，然后便是咱们的v-table的内容了，咱们用sil来看下有没有所谓的vtable

sil剖析

import Foundation
class SPClass {
  func func1() {
    print("func1")
  }
  func func2() {
    print("func2")
  }
  func func3() {
    print("func3")
  }
}
var p = SPClass()
p.func1()
p.func2()
p.func3()

咱们对上述代码做sil得到文件

class SPClass {
  func func1()
  func func2()
  func func3()
  @objc deinit
  init()
}

// SPClass.func1()
sil hidden @$s4main7SPClassC5func1yyF : $@convention(method) (@guaranteed SPClass) -> () {
// %0 "self"                                      // user: %1
bb0(%0 : $SPClass):
  debug_value %0 : $SPClass, let, name "self", argno 1, implicit // id: %1
  ........//省略部分代码
 } // end sil function '$s4main7SPClassC5func1yyF'

sil_vtable SPClass {
  #SPClass.func1: (SPClass) -> () -> () : @$s4main7SPClassC5func1yyF	// SPClass.func1()
  #SPClass.func2: (SPClass) -> () -> () : @$s4main7SPClassC5func2yyF	// SPClass.func2()
  #SPClass.func3: (SPClass) -> () -> () : @$s4main7SPClassC5func3yyF	// SPClass.func3()
  #SPClass.init!allocator: (SPClass.Type) -> () -> SPClass : @$s4main7SPClassCACycfC	// SPClass.__allocating_init()
  #SPClass.deinit!deallocator: @$s4main7SPClassCfD	// SPClass.__deallocating_deinit
}

看到最后咱们的确看到了sil-vtable的存在下面咱们用mach-o来验证咱们的猜想：

mach-o剖析

将上述代码build然后拖进MachOView看到：

其间:

首先是文件头，表明该文件是 Mach-O 格式，指定目标架构，还有一些其他的文件特点信息，文件头信息影响后续的文件结构安排
Load commands是一张包含很多内容的表。内容包含区域的方位、符号表、动态符号表等。
Data 区主要便是担任代码和数据记录的。Mach-O 是以 Segment 这种结构来安排数据的，一个 Segment 能够包含 0 个或多个 Section。依据 Segment 是映射的哪一个 Load Command，Segment 中 section 就能够被解读为是是代码，常量或者一些其他的数据类型。在装载在内存中时，也是依据 Segment 做内存映射的。

咱们能够验证__swift5_types的字段存的是咱们的TargetClassDescriptor的地址

也便是0x3F94+0xFFFFFF94=0x100003F28 这个地址减去0x100000000(虚拟内存基地址)得到3F28的相对地址定位3F28的方位

依据上面结构体的界说咱们偏移12个4字节便是size了，如下：

那么后边的也便是咱们func1,func2,和func3了：

再剖析源码

能够经过image list得到运转随机初始地址

得到前面的4字节是flags,后边的才是impl（相对地址）所以咱们能够计算出func1在内存运转的实际地址是： 0x0000000100000000（运转随机初始地址）+ 0x3F5C = func1的TargetMethodDescriptor 再 + 0x4(flags) + FFFFFAD0(impl的offset) = 0x200003A30 0x200003A30 – 0x0000000100000000（运转随机初始地址）= 0x100003A30 这个便是func1在内存运转的实际地址，咱们能够汇编验证下：

这正好验证了咱们的猜想是正确的。

拓宽对办法调度的影响：

代码如下：

class SPClass {
  func func1() {
    print("func1")
  }
}
extension SPClass {
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPClass()
p.func2()

咱们看到是函数地址的直接调用

协议对办法调度的影响：

protocol eat {
  func func2()
}
class SPClass: eat {
  func func1() {
    print("func1")
  }
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPClass()
p.func2()

走的是函数表的调度

关键字对办法调度的影响：

final关键字

class SPClass {
  final func func1() {
    print("func1")
  }
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPClass()
p.func1()

咱们看到加了final关键字的func1变成了直接调度，func2仍是函数表调度咱们能够对比看下sil文件：

sil_vtable SPClass {
  #SPClass.func2: (SPClass) -> () -> () : @$s4main7SPClassC5func2yyF	// SPClass.func2()
  #SPClass.init!allocator: (SPClass.Type) -> () -> SPClass : @$s4main7SPClassCACycfC	// SPClass.__allocating_init()
  #SPClass.deinit!deallocator: @$s4main7SPClassCfD	// SPClass.__deallocating_deinit
}

sil_vtable里边的确也少了func2

dynamic关键字关键字

class SPClass {
  dynamic func func1() {
    print("func1")
  }
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPClass()
p.func1()
p.func2()

dynamic没有影响，仍是函数表的调用

@objc关键字

没有影响，仍是函数表的调用，仅仅OC能够调用swift办法

@objc dynamic关键字

class SPClass {
  @objc dynamic func func1() {
    print("func1")
  }
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPClass()
p.func1()
p.func2()

走的objc_msgSend消息派发的方法

值类型的办法调用

上面说的都是类这种引用类型，那么值类型比如结构体的办法是怎么调度的呢？咱们看一下

struct SPStruct {
   dynamic func func1() {
    print("func1")
  }
}
var p = SPStruct()
p.func1()

咱们看到是直接调度。这里咱们留意到struct的办法能够用dynamic关键字修饰，那么dynamic关键字到底有什么用呢，咱们看个比如就理解了

struct SPStruct {
   dynamic func func1() {
    print("func1")
   }
}
extension SPStruct {
  @_dynamicReplacement(for:func1)
  func func2() {
    print("func2")
  }
}
var p = SPStruct()
p.func1()

咱们看到咱们调用func1 经过dynamic关键字能够动态调用func2

总结

异变办法的本质是：关于异变办法，传入的self会被标记为inout参数。不管mutating内部产生什么，都会影响外部依赖类型的一切
咱们经过汇编，sil以及源码剖析得到了swift办法调度是函数表的调度
经过源码咱们得到了Metadata和TargetClassDescriptor的数据结构
咱们经过MachO文件验证了的确存在函数表，也准确的计算出了具体调度函数的函数地址，再次经过汇编得到验证
值类型的办法调度是直接调度
关键字对办法调度的影响：
- final：增加了 final 关键字的函数无法被重写，运用静态派发，不会在 vtable 中呈现，且对 objc 运转时不行见
- dynamic: 函数均可增加 dynamic 关键字，为非objc类和值类型的函数赋予动态性，但派发方法仍是函数表派发。
- @objc：该关键字能够将Swift函数暴露给Objc运转时，依旧是函数表派发。
- @objc + dynamic：消息派发的方法

swift类，结构体方法的调度方式以及影响因素

异变办法

swift类的结构

源码剖析

sil剖析

mach-o剖析

拓宽对办法调度的影响：

协议对办法调度的影响：

关键字对办法调度的影响：

final关键字

dynamic关键字关键字

@objc关键字

@objc dynamic关键字

值类型的办法调用

总结

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swift类，结构体方法的调度方式以及影响因素

异变办法

swift类的结构

源码剖析

sil剖析

mach-o剖析

拓宽对办法调度的影响：

协议对办法调度的影响：

关键字对办法调度的影响：

final关键字

dynamic关键字关键字

@objc关键字

@objc dynamic关键字

值类型的办法调用

总结

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