【iOS】Swift系列七 - 汇编分析值类型

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通过汇编分下值类型的本质。

一、值类型

值类型赋值给var，let或者给参数传参，是直接将所有内容拷贝一份。类似于对文件进行复制粘贴操作，产生了全新的文件副本，属于深拷贝（deep copy）。

示例：

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func testStruct() {
    struct Point {
        var x: Int
        var y: Int
    }
    
    var p1 = Point(x: 10, y: 20)
    print("before:p1.x:\(p1.x),p1.y:\(p1.y)")
    var p2 = p1
    print("before:p2.x:\(p2.x),p2.y:\(p2.y)")
    p2.x = 30
    p2.y = 40
    print("after:p1.x:\(p1.x),p1.y:\(p1.y)")
    print("after:p2.x:\(p2.x),p2.y:\(p2.y)")
}
/*
 输出：
 before:p1.x:10,p1.y:20
 before:p2.x:10,p2.y:20
 after:p1.x:10,p1.y:20
 after:p2.x:30,p2.y:40
 */

通过上面的示例可以看出，给p2重新赋值确实没有影响到p1的值。

1.1. 内存分析

我们也可以通过内存看下上面示例中变量地址是否发生改变，如果生成了新的地址值，则说明是深拷贝。

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func testStruct() {
    struct Point {
        var x: Int
        var y: Int
    }
    
    var p1 = Point(x: 10, y: 20)
    var p2 = p1    
    print(Mems.ptr(ofVal: &p1))
    print(Mems.ptr(ofVal: &p2))
}
/*
 输出：
 0x00007ffeefbff4c0
 0x00007ffeefbff490
 */

打印结果显示：p2和p1的内存地址是不同的，所以修改p2不会影响p1。

1.2. 汇编分析（局部变量）

第一步：示例代码：

第二步：进入汇编代码后先查找立即数：

第三步：进入p1的初始化方法中：

第四步：继第三步finish后，继续回到之前的汇编：

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movq   %rax, -0x10(%rbp)
movq   %rdx, -0x8(%rbp)
movq   %rax, -0x20(%rbp)
movq   %rdx, -0x18(%rbp)
movq   $0x1e, -0x20(%rbp)
movq   $0x28, -0x18(%rbp)

通过上面分析得出：

  • p1的变量x内存地址：rbp-0x10；

  • p1的变量y内存地址：rbp-0x8；

  • 且p1的两个变量相差rbp-0x8-(rbp-0x10) = 8个字节；

  • p1的内存地址是rbp-0x10。

  • 0x1e赋值给rbp-0x20的地址，和上面的rax赋值给rbp-0x20是同一个地址，并且仅仅修改了一次。

所以，通过汇编也可以有力的证明值类型传递是深拷贝。

扩展：%edi和%esi是局部变量，将来传给形参后会变成%rdi和%rsi。

1.3. 汇编分析（全局变量）

第一步：示例代码：

第二步：查看汇编：

进入init方法发现和上面的1.2分析基本一致，rdi给了rax，rsi给了rdx：

第三步：继续往后面看call之后的代码：

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rip就是下一条指令的地址。
rax：10
rdx：20

0x100000ba4 <+52>:  movq   %rax, 0x664d(%rip)
把rax给了地址：0x100000bab + 0x664d = 0x1000071f8

0x100000bab <+59>:  movq   %rdx, 0x664e(%rip) 
把rdx给了地址：0x100000bb2 + 0x664e = 0x100007200

0x100000bb2 <+66>:  movq   %rcx, %rdi

观察发现：rdx和rax刚好相差了0x100007200 - 0x1000071f8 = 8个字节。

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0x100000bce <+94>:  movq   0x6623(%rip), %rax
把地址 0x100000bd5 + 0x6623 = 0x1000071f8 给了rax

0x100000bd5 <+101>: movq   %rax, 0x662c(%rip)
把rax给了地址：0x100000bdc + 0x662c = 0x100007208

0x100000bdc <+108>: movq   0x661d(%rip), %rax 
把地址 0x100000be3 + 0x661d = 0x100007200 给了rax

0x100000be3 <+115>: movq   %rax, 0x6626(%rip)
把rax给了地址：0x100000bea + 0x6626 = 0x100007210

0x100000bea <+122>: leaq   -0x18(%rbp), %rdi

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观察发现：
0x1000071f8就是上面的10，0x100007200就是上面的20
就是说，
把0x1000071f8里面的值（10）取出来赋值给了另外一块内存地址
0x100007208；
把0x100007200里面的值（20）取出来赋值给了另外一块内存地址0x100007210
并且，
0x100007210和0x100007208相差8个字节。

通过上面的分析可以得出，p1的内存地址就是0x1000071f8，p2的内存地址是0x100007208。也可以证明值类型是深拷贝。

经验：

  • 内存地址格式为：0x486f(%rip)，一般是全局变量，全局区（数据段）；
  • 内存地址格式为：-0x8(%rbp)，一般是局部变量，栈空间。
  • 内存地址格式为：0x10(%rax)，一般是堆空间。

规律：

  • 全局变量意味着内存地址是固定的；
  • 局部变量的地址依赖rbp，而rbp右依赖于rsp，rsp是外部传进来的（即函数调用）。

1.4. 赋值操作

在Swift标准库中，为了提升性能，String、Array、Dictionary、Set采取了Copy On Write的技术。

Copy On Write： 当需要进行内存操作（写）时，才会进行深度拷贝。

对于标准库值类型的赋值操作，Swift能确保最佳性能，所以没必要为了保证最佳性能来避免赋值。

建议：不需要修改的，尽量定义为let。

1.4.1. 示例代码一（字符串）：

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var str1 = "idbeny"
var str2 = str1
str2.append("1024星球")
print(str1)
print(str2)
/*
 输出：
 idbeny
 idbeny1024星球
 */

1.4.2. 示例代码二（数组）：

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var arr1 = ["1", "2", "3"]
var arr2 = arr1
arr2.append("4")
arr1[0] = "one"
print(arr1)
print(arr2)
/*
 输出：
 ["one", "2", "3"]
 ["1", "2", "3", "4"]
 */

1.4.3. 示例代码三（字典）：

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var dict1 = ["name": "大奔", "age": 20] as [String : Any]
var dict2 = dict1
dict1["name"] = "idbeny"
dict2["age"] = 30
print(dict1)
print(dict2)
/*
 输出：
 ["name": "idbeny", "age": 20]
 ["name": "大奔", "age": 30]
 */

二、引用类型

引用赋值给var、let或者给函数传参，是将内存地址拷贝一份。

类似于制作一个文件的替身（快捷方式），指向的是同一个文件。属于浅拷贝（shallow copy）。

2.1. 内存分析

示例代码：

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class Size {
    var width: Int
    var height: Int
    init(width: Int, height: Int) {
        self.width = width
        self.height = height
    }
}

func test() {
    var s1 = Size(width: 10, height: 20)
    var s2 = s1
    print("s1指针的内存地址：",Mems.ptr(ofVal: &s1))
    print("s1指针指向的内存地址：",Mems.ptr(ofRef: s1))
    print("s2指针的内存地址：",Mems.ptr(ofVal: &s2))
    print("s2指针指向的内存地址：",Mems.ptr(ofRef: s2))
}
test()
/*
 输出：
 s1指针的内存地址： 0x00007ffeefbff478
 s1指针指向的内存地址： 0x000000010061fe80
 s2指针的内存地址： 0x00007ffeefbff470
 s2指针指向的内存地址： 0x000000010061fe80
 */

示例代码在内存中的表现：

思考: s2.width = 11; s2.height = 22，代码执行后，s1.width和s1.height分别是多少？
s2.width == 11, s2.height == 22，因为修改的是指针指向的内存地址保存的数据，而s1和s2指向的是同一块内存。

2.2. 汇编分析

第一步：示例代码：

第二步：查看初始化方法函数的返回值：

通过lldb指令得到rax的地址：

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(lldb) register read rax
输出：rax = 0x0000000100599840

再通过View Memory查看rax保存的数据有哪些：

第三步：找到p1和p2：

函数地址rax给了局部变量-0x10(%rbp)，所以-0x10(%rbp)就是p1，同理-0x28(%rbp)是p2。

第四步：查看s2的width和height是如何被修改的：

  • 前面通过movq %rax, -0x28(%rbp)把函数返回值rax给了-0x28(%rbp)；
  • 之后又通过movq -0x28(%rbp), %rdx把函数返回值给了rdx；
  • 经过(%rdx), %rsi和0x68(%rsi), %rsi中转后，把rdx给了rsi；
  • $0xb, %edi其实是把值11给了edi(即rdx)。

所以，width和height其实修改的是同一块内存地址。

2.3. 赋值操作

示例代码：

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class Size {
    var width: Int
    var height: Int
    init(width: Int, height: Int) {
        self.width = width
        self.height = height
    }
}
var s1 = Size(width: 10, height: 20)
s1 = Size(width: 11, height: 22)

在内存中的表现：

s1刚开始指向堆空间02，后又指向堆空间01。当堆空间02没有强指针指向时就会被销毁。

三、值类型、引用类型的let

使用let时，
结构体：

  • 结构体整体不能被覆盖；
  • 结构体成员值也不能修改。

引用类型：

  • 指针是不能重新指向新内存的。
  • 指针指向的内存数据是可以修改的。