引言

在上文已經了解了SIL，接下來主要通過Swift源碼和SIL剖析底層。本文主要通過底層源碼探索類和對象在底層的結構

主要內容：

• 對象
• 類

1. 對象

通過源碼中探索Swift對象創建過程以及最終得到的對象結構。

1.1 上層代碼中查找

通過符號斷點調試來查找底層調用方法

源碼：

class WYStudent {
    var age: Int = 18
    var name: String = "WY"
}
var stu = WYStudent();

1.1.1 查找對象調用方法

通過斷點查看發現是通過__allocating_init()方法實現對象的創建

添加斷點

查看調用方法

1.1.2 設置符號斷點

符號斷點：

查看：

說明：

• 在上面SIL的認識中已經知道了對象是通過__allocating_init()來創建的，在此處打斷點查看
• 在__allocating_init()方法中可以看到會調用swift_allocObject()方法
• 因此接下來就需要在源碼中查看該方法
• __allocating_init()方法中做了兩件事
  • 調用swift_allocObject創建對象
  • 調用init()初始化對象，這個init方法是類默認提供的，也是默認調用的

1.2 swift_allocObject

說明：

• 通過swift_slowAlloc分配內存，并進行內存字節對齊，傳入開辟的內存空間大小和對齊位數
• 通過HeapObject方法構造一個HeapObject對象，并且綁定到object上
• 因此此時的object就是一個heapObject對象
• 函數的返回值是HeapObject類型，所以當前對象的內存結構就是HeapObject的內存結構

1.3 swift_showAlloc

// Apple malloc is always 16-byte aligned.
#  define MALLOC_ALIGN_MASK 15

說明：

• 通過swift_slowAlloc用來分配內存空間
• 這里會通過對齊位數來判斷使用哪種方法來分配空間
• 最小的對齊位數是16字節，如果傳入的位數小于16字節，那么就是用16字節對齊，也就是使用malloc方法
• 如果大于16字節位數，那么使用AlignedAlloc方法

1.4 查看HeapObject結構體

結構體

refCounts查看：

typedef RefCounts<InlineRefCountBits> InlineRefCounts;
//是一個類，所以它的對象就是8個字節
class RefCounts {
  std::atomic<RefCountBits> refCounts;//引用計數
  ...
}

說明：

• 結構體內包含一個成員，metadata
• HeapObject()初始化器，會初始化metadata和refCounts，因此對象中會有這兩種屬性
• 其中metadata類型是HeapMetadata，是一個指針類型，占8字節，其實它就是類信息
• refCounts是引用計數，也占有8個字節
• refCounts的類型是InlineRefCounts
• 而InlineRefCounts是一個類RefCounts的別名
• RefCounts是一個類，所以refCounts占8個字節

1.5 對象內存大小計算

說明：

• metadata占8個字節
• refCounts占8個字節
• 再加上age的8個字節
• name占8個字節
• 所以總共是40個字節

1.6 總結

實例對象的底層結構是HeapObject結構體

默認16字節內存大小，metadata 8字節 + refCounts 8字節

metadata是類信息結構，下面會分析

refCounts是引用計數，后面也會詳細分析

Swift中對象的內存分配流程是：

__ allocating_init --> swift_allocObject_ --> _swift_allocObject --> swift_slowAlloc --> malloc

2. 類

對象在底層中的結構是HeapObject結構體，其第一個屬性為metadata，因此從這個屬性出發來查看類的結構

2.1 查找HeapMetadata

代碼：

using HeapMetadata = TargetHeapMetaData<Inprocess>;

說明：

• 上文可知對象結構體HeapObject包含有HeapMetadata結構體，對象通過它來查找對應的類信息
• 點擊進入HeapMetadata的定義，發現它是TargetHeapMetaData類型的別名
• 并且接收了一個參數Inprocess

2.2. TargetHeapMetaData

代碼：

//模板類型
template <typename Runtime>
struct TargetHeapMetadata : TargetMetadata<Runtime> {
  using HeaderType = TargetHeapMetadataHeader<Runtime>;
  TargetHeapMetadata() = default;
  //初始化方法
  constexpr TargetHeapMetadata(MetadataKind kind)
    : TargetMetadata<Runtime>(kind) {}
#if SWIFT_OBJC_INTEROP
  constexpr TargetHeapMetadata(TargetAnyClassMetadata<Runtime> *isa)
    : TargetMetadata<Runtime>(isa) {}
#endif
};

說明：

• TargetHeapMetaData其本質是一個模板類型，其中定義了一些所需的數據結構
• 這個結構體中沒有屬性，只有初始化方法
• 初始化方法中傳入了一個MetadataKind類型的參數，之后就可以返回TargetMetaData對象
• 同時可以看到這里傳入的kind也就是上面的inprocess了
• 該初始化方法構造的對象需要通過該參數來確定

2.3. TargetMetaData

代碼：

說明：

• 在TargetMetaData中可以看到有一個Kind屬性，這是在構建對象時傳入的那個參數

查看MetadataKind

說明：

• 可以看到它是uint32_t類型

類型

說明：

• 進入MetadataKind定義，里面有一個#include "MetadataKind.def"
• 點擊進入，其中記錄了所有類型的元數據

getClassObject方法：

const TargetClassMetadata<Runtime> *getClassObject() const;
//******** 具體實現 ********
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.
      //將當前指針強轉為ClassMetadata類型
      return static_cast<const ClassMetadata *>(this);
    }
    case MetadataKind::ObjCClassWrapper: {
      // Objective-C class objects are referenced by their Swift metadata wrapper.
      auto wrapper = static_cast<const ObjCClassWrapperMetadata *>(this);
      return wrapper->Class;
    }
    // Other kinds of types don't have class objects.
    default:
      return nullptr;
    }
  }

說明：

• 在TargetMetaData結構體定義中有一個方法getClassObject，它就可以用來獲取類對象，也就是類
• 在方法中的核心邏輯是通過kind來判斷當前是哪種類型，之后返回
• 這里我們需要的是類類型，因此判斷為MetadataKind::Class，就會返回ClassMetadata類型

驗證：

命令：

po metadata->getKind()

得到其kind是Class

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

這個地址中存儲的是元數據信息!

說明：

• 傳遞進來的Kind發現可以判斷為類
• 通過方法調用最后得到的是一個類對象，也就是類
• 通過x/8g查看類信息，里面就是存儲的元數據信息

注意：

• TargetMetadata 和 TargetClassMetadata 本質上是一樣的
• 因為在內存結構中，可以直接進行指針的轉換，所以可以說，我們認為的結構體，其實就是TargetClassMetadata

2.4. TargetClassMetadata

代碼：

template <typename Runtime>
struct TargetClassMetadata : public TargetAnyClassMetadata<Runtime> {
    ...
    //swift特有的標志
    ClassFlags Flags;
    //實力對象內存大小
    uint32_t InstanceSize;
    //實例對象內存對齊方式
    uint16_t InstanceAlignMask;
    //運行時保留字段
    uint16_t Reserved;
    //類的內存大小
    uint32_t ClassSize;
    //類的內存首地址
    uint32_t ClassAddressPoint;
  ...
}

說明：

• 包含了很多屬性，這些都屬于類結構信息
• 并且它繼承自TargetAnyClassMetadata

2.5. TargetAnyClassMetadata

代碼：

說明：

• TargetAnyClassMetadata是所有的類結構，不單單是給Swift用的
• 繼承自TargetHeapMetadata，這也證明類本身也是對象
• 提供有isa、superclass、cache、data，和OC的底層類結構完全一樣