002-Swift进阶-编译简介、sil文件的分析

一、swift编译简介

IOS开发的语言不管是OC还是swift，后端都是通过LLVM进行编译的，如下：

image.png

可以看到OC是clang编译器，编译IR，然后在生成可执行文件.0（机器码）,Swift是通过swift编译器，编译成IR，然后生成可执行文件。

image.png

二、SIL

swift使用的编译器为swiftc，OC使用的为Clang。
swiftc命令查询：swiftc -h
参考视频：链接
参考文档：SIL参考文档

编译成SIL文件：

swiftc -emit-sil main.swift >> main.sil && open main.sil 
//带转译
swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle >> main.sil && open main.sil 

//IR
swiftc -emit-ir main.swift | xcrun swift-demangle >> main.ll && open main.ll

//UIKit
 swiftc -emit-sil -target x86_64-apple-ios13.5-simulator -sdk $(xcrun --show-sdk-path --sdk iphonesimulator) ViewController.swift > ViewController.sil

swift文件的入口函数

image.png

• @main 是main.swift的入口函数，SIL中标识符名称以@作为前缀，入口函数有两个参数，一个32位Int，一个指针，一个返回值。
• %0、%1......在SIL中叫做寄存器，可以视为长量，赋值后不可更改，在SIL中以累加数字的模式继续使用。这里所说的寄存器是虚拟的，最终运行到我们的机器上会使用真的寄存器。
• alloc_global 创建一个全局变量
• global_addr 拿到全局变量的地址，赋值给%3
• metatype 拿到LJTest的Metadata赋值给%4
• 将__allocating_init 的函数地址赋值给%5
• apply 调用 __allocating_init，并赋值给%6
• 将%6的值存储到%3
• 构建Int， 并return返回
• Buildin LLVM指令格式

转译命令xcrun swift-demangle s4main2t1AA6LJTestCvp
寄存器读取：register read register read x8

xcode添加符号断点

image.png

三、HeapObject.cpp中alloc_Object方法

image.png

1、初始化调度

• 一个swift对象的内存结构HeapObject，默认占用16字节大小，metadata，refCount
• swift内存分配过程调用顺序：__allocating_init ---> swift_allocObject ---> swift_allocObject ---> swift_slowAlloc ---> Malloc

2、打印占用空间大小

import Foundation
class LJTest{
    var age = 18
    var name: String = "swift"
}
var t1 = LJTest()
print(MemoryLayout<String>.stride)          //步长
print(MemoryLayout<String>.size)            //大小
print(class_getInstanceSize(LJTest.self))   //大小

3、类结构探索

• swift初始化函数swift_allocObject
  函数3个参数：
  HeapMetadata const *metadata ：元数据
  size_t requiredSize ：大小
  size_t requiredAlignmentMask ：对齐格式，

static HeapObject *_swift_allocObject_(HeapMetadata const *metadata,
                                       size_t requiredSize,
                                       size_t requiredAlignmentMask) {
  assert(isAlignmentMask(requiredAlignmentMask));
  auto object = reinterpret_cast<HeapObject *>(
      swift_slowAlloc(requiredSize, requiredAlignmentMask));

  // NOTE: this relies on the C++17 guaranteed semantics of no null-pointer
  // check on the placement new allocator which we have observed on Windows,
  // Linux, and macOS.
  new (object) HeapObject(metadata);

  // If leak tracking is enabled, start tracking this object.
  SWIFT_LEAKS_START_TRACKING_OBJECT(object);

  SWIFT_RT_TRACK_INVOCATION(object, swift_allocObject);

  return object;
}

• Matedata
  TargetMetadata结构体重包含一个属性kind，是一个存储指针（isa），是用来区分哪种类型的元数据，在#include "MetadataKind.def"文件中存储了所有的元数据类型。
  image.png

获取当前kind

/// Get the metadata kind.
  MetadataKind getKind() const {
    return getEnumeratedMetadataKind(Kind);
  }

获取类对象
const TargetClassMetadata<Runtime> *getClassObject() const;
getClassObject()方法获取的就是kind类型，通过getKind()方法获取类型（MetadataKind::Class），

template<> inline const ClassMetadata *
  Metadata::getClassObject() const {
    switch (getKind()) {
    case MetadataKind::Class: {
      // Native Swift class metadata is also the class object.
      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;
    }
  }

• Matedata::Class
  TargetClassMetadata(ClassMetadata一样，所有的属性) --> TargetAnyClassMetadata(kind, superclass, cacheData) --> TargetHeapMetadata（HeapMetadata） --> TargetMetadata(kind)

Metadata结构体：

 struct swift_class_t: NSObject{
    void *kind; //isa, kind(unsigned long) 
    void *superClass;
    void *cacheData 
    void *data 
    uint32_t flags; //4 
    uint32_t instanceAddressOffset; //4 
    uint32_t instanceSize;//4 
    uint16_t instanceAlignMask; //2 
    uint16_t reserved; //2 
    uint32_t classSize; //4  
    uint32_t classAddressOffset; //4 
    void *description;  // ... 
};