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Swift中的分发机制

Swift中的分发机制

作者: 小宇pod | 来源:发表于2019-03-05 10:25 被阅读0次

    介绍

    方法分发是指程序确定哪个操作应该被执行的机制。有时候,我们只希望在运行时才确定一个方法决定执行什么行为。这就产生了多种不同的分发方法的机制,而他们也各有各的有缺点。

    目录

    静态分发

    • 也叫做直接分发。
    • 如果一个方法是静态分发的,在编译过程中,编译器是能标记到方法所在的位置。所以,静态分发时,当方法被调用是,系统可以直接跳到方法所对应的内存地址然后执行相应操作。这样的结果就是:静态分发的执行速度会非常快,并且也允许编译器执行各种优化,例如内联。事实上,由于巨大的性能提升,如果允许的话,在预编译的时候编译器会使方法静态化。这种优化就是去虚拟化。

    动态分发

    • 使用这种方式,程序知道运行时才知道执行哪种操作。
    • 虽然静态分发是非常轻量级的,但是它限制了程序的灵活性,尤其是涉及到多态的时候。这也就是动态分发广泛应用于面对对象的语言的原因。
    • 每个语言都有自己的机制来支持动态分发。Swift提供了两种方式来实现动态:表分发和消息分发。
    表分发
    • 这是一种在编译语言里最普遍使用的方式。通过表分发,类与一个所谓的虚表相关联,其中虚表包含一个保存函数指针的数组,而这些函数指针指向执行与这个类相关的实际实现。
    • 注意:虚表是在编译时就已经构建的,相比于静态分发,只多了两个指令--读取和跳转。所以,这也是一种理论上来说很快的分发方式。
    消息分发
    • OC就提供了这种机制,当然有时也被叫做消息发送。Swift只有在使用OC的Runtime库的时候才能使用这种机制。每次当OC的方法被调用的时候,这个请求就会被发送给objc_msgSend去处理查找。这个过程开始于给定的类,然后逐层寻找这个具体的实现。
    • 与表分发不同的是,消息分发的字典在运行时是可以改变的,使我们能够在运行时调整程序的具体执行。方法交换就是利用这一特性最常见的使用之一。
    • 消息分发是在这三种分发方式中最具动态性的一种。作为交换的是,尽管查询性能的表现属于内存机制,但是在具体实现过程中对于性能还是比上两种要稍差。
    • 这一机制是Cocoa的基础。通过看Swift的源码,你就会知道其中的KVO就是使用isa-swizzling实现的。

    Swift

    区别分发机制的方法
    • 对于分发策略的合理解释,在SIL document有一段简短的描述:
      (1)如果一个函数使用表分发,他将会出现在vtable(或者witness_table协议)中。
    sil_vtable Animal {
        #Animal.makeSound!1: (Animal) -> () -> () : main.Animal.makeSound() -> ()   // Animal.makeSound()
      ......
    }
    

    (2)如果一个函数通过消息分发,关键词volatile就会出现在调用中。而且,你将会发现两个标记foreignobjc_method,说明这个函数是在OC运行时调用的。

    %14 = class_method [volatile] %13 : $Dog, #Dog.beWild!1.foreign : (Dog) -> () -> (), $@convention(objc_method) (Dog) -> () // user: %15
    
    

    (3)如果没有以上两个关键词,那么就是静态调用。

    一般情况
    • 首先,结构体或者值类型的函数一定是静态调用的。因为他们永远不会被重写。
    • 显示执行:
      • 函数是final关键词修饰的是静态调用。
      • dynamic关键字修饰的函数是通过消息发送被调用的。在Swift4中,dynamic修饰的函数对OC是隐性可见的。同时,Swift4要求你显示的用@objc修饰。
      • 一般的延展(没有final,dynamic,@objc关键字修饰的)是静态分发的。回想一下你曾经历过的编译错误,在延展里的声明同样是不能重写的。你也许会问,那什么样的延展是动态的。如果延展是动态的,那么他就可以被重写。
    extension Animal {
        func eat() { }
        @objc dynamic func getWild() { }
    }
    class Dog: Animal {
        override func eat() { } // Compiled error!
        @objc dynamic override func getWild() { }   // Ok :)
    }
    
    其他情况
    protocol Noisy {
        func makeNoise() -> Int // TABLE
    }
    extension Noisy {
        func makeNoise() -> Int { return 0 }    // TABLE
        func isAnnoying() -> Bool { return true }   // STATIC
    }
    class Animal: Noisy {
        func makeNoise() -> Int { return 1 }    // TABLE
        func isAnnoying() -> Bool { return false } // TABLE
        @objc func sleep() { }  // Still TABLE
    }
    extension Animal {
        func eat() { }  // STATIC
        @objc func getWild() { }    // MESSAGE
    }
    
    • Noisy.isAnnoying(),和Animal.getWild()是静态分发,因为他们在延展中。
    • Noisy.makeNoise()使用表分发尽管他有默认的实现。
    • 考虑下面两个用法。animal2.isAnnoying()选择用协议延展实现,因为它是一个直接方法,不需要查找。以这种方式可能是bug的源头。
    let animal1 = Animal()
    print(animal1.isAnnoying()) // Value: false
    let animal2: Noisy = Animal()
    print(animal2.isAnnoying()) // Value: true
    
    • 另一方面,animal1.makeNoise()animal2.makeNoise()产生同样的结果,因为协议的实现是通过表查询来查找的。
    • @objc func sleep()中的@objc意味着,函数对于OC是可见的。对于系统来说,选择OC的方法执行并不是一定的。从SIL中,我们可以知道,Swift的方法的选择优先级要高于OC的。
    %9 = class_method %8 : $Animal, #Animal.sleep!1 : (Animal) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Animal) -> () // user: %10
    
    相关规则
    • 静态分发是优先选择的。
    • 如果需要重写的话,表分发是其次选择的。
    • 同时需要重写并且对OC可见的时候,是消息分发。

    结论

    现在,我们已经知道了方法分发是什么和在Swift中选择的分发方式是什么样的。这里提供了一些例子来更方便理解Swift如何解析特定功能。并且,通过阅读SIL,我们也能得到对于分发一个方法应该遵循的假设的证据。

    • 静态分发是在性能上最具优势的。这也就是为什么Swift是Swift。
    • 虽然消息分发是在性能上稍差,但是它提供了更灵活的使用方式。
    • 理解方法分发机制是非常重要的。不仅帮助我们写出更高效的代码同时也会避免一些奇怪的bug。
      当然,情况也许会在后续的Swift版本中不同,别忘记验证这篇文章的真实性。

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