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Swift中熟悉的陌生人:Protocol(一)

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与狼同行
2016.10.24 17:45* 字数 900

本文算是我对Swift基础知识的一个再梳理,不会再讨论基础语法,而是把一些文档之外的东西,进行一次再梳理总结,方便查阅。

我们这里首先来做一个分析,一个是普通的String对象,一个是遵守协议的String对象,这里我们来对比一下它们各自占用多大的内存?
这里先罗列一下实验的协议和扩展代码:

protocol TestProtocol { 
    var testData:NSURL? {get}
}

extension String:TestProtocol{
    var testData:NSURL? {
        return NSURL()
    }
}

然后我们开始书写下面的测试代码:

var qurl:TestProtocol = "123"
print(MemoryLayout<TestProtocol>.size)  //40
var string:String = "123"
print(MemoryLayout<String>.size)    //24

我们可以在playground中看到结果,遵守protocol的qurl的大小为40,而不遵守任何协议的string的大小为24.
在Swift中,由于string是stuct结构体,而不再是OC中的class,所以不再是8个字节,24个字节的结构也可以用LLDB动态调试type lookup String来查看
,最后我们发现

 var _baseAddress: Swift.UnsafeMutableRawPointer?
 var _countAndFlags: Swift.UInt
 var _owner: AnyObject?

这三个属性每个大小为8个字节,加起来就是24字节,那么协议对象的40字节又该如何解释呢?
这里我们首先查看对象的地址,这里我们首先写一个打印地址的函数

func addrOf<T>( v:inout T){
  withUnsafePointer(to: &v) { print($0)}
}

addrOf(v: &qurl)

最后我这里打印出结果,地址为0x00000001003dfb20
然后我们实用LLDB的动态调试指令:x/5xg 0x00000001003dfb20
查看其5个字长的内存空间
得出结果

0x1003dfb20: 0x00000001003397f8 0x0000000000000003
0x1003dfb30: 0x0000000000000000 0x00000001003ad878
0x1003dfb40: 0x000000010038a548

这里继续使用image lookup -a 0x00000001003397f8查看第一个地址
我们可以发现值为

Address: SwiftTest[0x00000001003397f8] (SwiftTest.__TEXT.__cstring + 72)
      Summary: "123"

这第一个值其实存放的是遵守协议的字符串的值,我们可以发现它是cstring
第二个存放字符个数和第三个地址为0,这两个我们不管,直接解析第4个和第5个地址的内容。

image lookup -a 0x00000001003ad878
      Address: SwiftTest[0x00000001003ad878] (SwiftTest.__DATA.__const + 144264)
      Summary: SwiftTest`type metadata for Swift.String

我们可以发现第四个地址存放的是type metadata,即类型元数据,类型元数据即描述类的数据,有点类似Objective-C中的元类的作用

image lookup -a 0x000000010038a548
      Address: SwiftTest[0x000000010038a548] (SwiftTest.__DATA.__const + 88)
      Summary: SwiftTest`protocol witness table for Swift.String : SwiftTest.TestProtocol in SwiftTest

而第5个地址打印出味protocol witness table,即协议见证表,这个概念非常类似与Cpp中的vtable,即虚函数表。
那么什么是虚函数表呢?

6A8C58DD-4C1E-4DD4-B860-09DC27890748.png

在Swift,不同的结构、枚举、类都可以继承协议,同样的url属性就会产生不同的getter方法。就像这张Cpp中的虚函数表一样,不同vfunc1可能有不同的实现函数地址,所以需要有一个虚函数表来维护。
这里我们继续试验:
我们发现第5个地址即指向虚函数表的地址,那个根据如图所示,其实我们可以继续解析这个虚函数表的地址的内存,继续使用

x/xg 0x000000010038a548
0x10038a548: 0x0000000100002470

我们再看看看看这个虚函数表存放的地址的指令

x/i 0x0000000100002470
    0x100002470: 55  pushq  %rbp

看到pushq %rbp(这句表示:将调用函数的栈底压栈到被调函数的栈中),我们就应该猜到这个地址存放了一个函数。
于是使用

image lookup -a 0x0000000100002470
     Address: SwiftTest[0x0000000100002470] (SwiftTest.__TEXT.__text + 2608)
     Summary: SwiftTest`protocol witness for SwiftTest.TestProtocol.testData.getter : Swift.Optional<__ObjC.NSURL> in conformance Swift.String : SwiftTest.TestProtocol in SwiftTest at TestDataConvertible.swift

我们就能发现在该支持实际存放了一个testData.getter方法。

D49A102E-CA5C-46C6-8FCB-853A3CA9E4C5.png

如果有多个对象,那么就会变成这样的结构:

542180AA-B179-4861-A80D-BA02413CC2CE.png

通过这样的结构,也说明了为什么协议只能存储计算属性而不能存储 存储属性,这就是我对协议的理解,有更多关于协议的有趣内容,欢迎下方留言,与我分享。

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