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iOS Swift结构体与类的方法调度底层探究

一眼万年的星空 2023-03-28 原文

前言

hello,小伙伴们:在忙碌中闲暇之余给大家聊聊swift的知识点，今天给大家带来的是swift中结构体与类的方法调度详细区别，希望对你有所帮助，好了废话不用多说，接下来步入主题！

 

1.普通方法时两者方法调度的区别

● 结构体中的普通方法调度是静态派发的方式
   ○ 详细分析会在以后： 方法调度之普通结构体方法 阐述
● 类中的普通方法是以函数派发的方式去调度的。
   ○ 详细分析会在以后：方法调度之普通方法 阐述

2.协议中两者方法调度的区别

● 以类/结构体直接声明的，
　　○ 结构体：方法调度都是静态调度
　　○ 类：方法调度都是函数调度
● 以协议类型声明的, 无论协议的实现是类还是结构体:
　　○ 方法最初定义在协议本身内, 则方法以协议函数表的方式调度
　　○ 方法最初定义在协议延展内, 则方法以静态派发的方式调度

3.extension对类中方法调度的影响

extension PersonClass {
    func changClassName10() {}
}

 SIL代码：

 

断点，汇编跟踪一下：

可以看到 changClassName10 这个方法在执行的时候，由function_ref修饰，sil_vtable 中的函数列表里面没有。在编译时已经确定了函数的地址，运行时，直接执行。所以延展内的方法是静态派发。

?  思考：为什么普通函数放到了延展中，它就不在函数表中，不是函数派发的方式调度了呢？

我们在法调度之普通方法底层探究一文中讲解过：函数表是数组结构，里面的函数是按顺序排列的。

如果父类存在延展方法，且放在函数表里，就需要考虑它和子类方法的排列顺序问题。哪个在前，取决于文件的编译顺序。如果子类先编译，父类后编译，还要将子类的所有方法都顺次移位，再将延展方法插入到父类方法之后。这样做，编译效率就会降低。将延展方法使用静态派发，是一种以空间换时间的方法。协议的延展中的方法，也是静态派发的，他们是一样的道理。

【注意】类的延展方法时，需要注意：

  • 不可以在子类里重写父类延展里面的方法，子类可以重写父类本类定义的方法
  • 不可以在延展里 存在/重写 已在继承连中存在的同名方法

 

4.修饰词对类方法调度的影响

1. 访问修饰符修饰的方法

    private func changClassName2() {}
    fileprivate func changClassName3() {}
    public func changClassName4() {}
    internal func changClassName5() {}
    open func changClassName6() {}

 

SIL 代码：

sil_vtable SIL :

虽然所有函数修饰符修饰的方法，都在函数表中存在，但是明显 private 修饰的 changClassName2 ， 与 fileprivate 修饰的changClassName3  与众不同，他们在方法名的后面有 in _12232F587A4C5CD8B1EEDF696793A4FC 。 这个不同，会导致它们在方法调度的时候，和其他的访问修饰符什么区别呢？

再看方法调度 SIL :

可以发现 private 修饰的 changClassName2 ， 与 fileprivate 修饰的changClassName3  在调用时，前面的修饰符是由function_ref 修饰，而不是class_method修饰。所以是静态派发? 

再汇编调试一下：

在编译时已经确定了函数的地址，运行时，直接执行。所以private/fileprivate 访问修饰符修饰的是静态派发。

前面我们提到“函数表存放类中可能是动态派发去执行的函数”, 注意是可能哦， 不是一定的。

小结：

private/fileprivate 访问修饰符修饰的是静态派发。

public/open/internal 访问修饰符修饰的是函数派发。

2. @objc 修饰的方法: 函数表

源码：

@objc func changClassName7() {}

 

vtable SIL:

方法调度 SIL：

运行、汇编：

所以： 在swift 中调用 @objc 修饰的方法是函数派发，没什么特别的。

那 @objc 的作用是什么呢？

我们来看一下changClassName7 方法定义在 SIL 代码：

 

可以看到，除了正常的定义changClassName7 方法以外，额外底层多生成了一个 @objc main.PersonClass.changClassName7()这个方法内部又调用了 正常定义的changClassName7。

所以这个方法是暴露给OC中调用的接口方法. 没有@objc 修饰的方法，OC 中是无法使用的。具体的混编步骤，可以参考这篇文章☞ Swift 与 OC 混编

3. dynamic 修饰的方法:函数表

源码如下：

dynamic func changClassName8() {}

 

vtable SIL:

 

方法调度 SIL：

运行、汇编：

在编译时，不能确定方法的地址，在函数表内，所以dynamic的方法调度方式是函数派发。

dynamic 有什么作用呢？

看看方法定义SIL：

与普通函数不同的是，在方法定义时，多了一个dynamically_replacable的标签，表明这是一个动态方法，可以被替换。可被替换是指在OC运行时的方法交换的场景下可被替换。

如果想要对Swift 方法进行方法交换，需要对被替换的方法加dynamic修饰。 

再使用@_dynamicReplacement(for: teach)来完成替换.

示例代码如下:

class PersonClass: NSObject {
    dynamic func teach() {
        print("teach")
    }
}

extension PersonClass {
    // swift 5 中提供的方法交换方式
    // 将 teach 方法替换成这行代码下面的teach1方法
    // 执行 teach 方法，实际上执行的是 teach1方法
    @_dynamicReplacement(for: teach)
    func teach1() {
        print("teach1")
    }
}
let t = PersonClass()
t.teach()

 

所以打印结果是：“teach1”

 

4. @objc dynamic 修饰的方法：消息转发

源码如下：

@objc dynamic func changClassName9() {}

 

vtable SIL:

函数表中没有changClassName9的函数。

方法调度 SIL：

与普通的函数派发方法调用时不同，不是以 class_method 方式，是以objc_method方式

运行、汇编调试：

汇编调试时，看到了熟悉的objc_msgSend。这是OC的消息转发的方式进行方法调度。

5. static 修饰

static修饰的方法，叫做类方法，可以直接由类名去调用，无需创建实例对象。

源码如下：

 

static func changClassName11() {}

 

vtable SIL:

方法调度 SIL：

 

运行、汇编调试：

以function_ref 的方式获取函数, 所以是静态派发

6. final 修饰

final修饰符的几点使用原则

  • final修饰符只能修饰类，表明该类不能被其他类继承，也就是它没资格当父类。
  • final修饰符也可以修饰类中的方法, 表明该方法不能被子类重写。
  • final不能修饰结构体、枚举、协议。

源码如下：

final func changClassName1() {}

 

table SIL:
 

方法调度 SIL：

行、汇编调试：

以function_ref 的方式获取函数, 所以是静态派发

 

5. 总结

函数表内的函数，不一定是函数派发的方式去调度。但是不在函数表中的，一定不是函数派发的方式。

在调用时获取函数的方式可以作为判断调度方法的依据。下面是对应不同的获取函数的方式的不同调度方式：

Swift 中的方法调度分2大类：动态调度与静态调度

  • Direct（静态调度）：在 SIL 文件中，以function_ref 的方式获取函数
    • ?  结构体的普通方法
    • 类中方法的修饰符为 ：final / private/fileprivate / static 
    • 类、结构体、协议延展内的方法
  • Dynamic Dispatch（动态调度）：官方文档传送门☞ Dynamic Dispatch
    • Table（函数表调度） ：在 SIL 文件中，以 class_method 的方式，通过 Vtable 获取函数
    • ?  普通类中的方法 
    • 类中方法的修饰符为：open/public/internal / @objc / dynamaic
    • Message（消息转发调度）：在 SIL 文件中，以 objc_method 的方式获取函数
    • ?  @objc dynamaic
    • witness_method(协议表调度)：在 SIL 文件中，以 witness_method 的方式, 通过 PWT  获取函数
    • ? 遵守了协议并实现了协议本身定义的方法的结构体或者类

好了，小编给大家整理的swift的结构体与类的方法调度，若有收获，就点个赞吧！

青山不改，绿水长流，后会有期，感谢每一位佳人的支持！

 
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