- 上一節，我們完成了源碼編譯。本節，我們
探索Swift的編譯流程和類結構
- swift編譯流程
- 類結構
強烈建議先閱讀LLVM入門，再開始本節的閱讀
1. swift編譯流程
在了解swift編譯流程前，我們需要知道LLVM是什么（?? LLVM入門）。
LLVM是架構編譯器。可以為任何編程語言獨立編寫前端，也可以為任何硬件架構獨立編寫后端。
image.png
比如：swift語言使用的前端編譯器是swiftc，而oc語言使用的前端編譯器是Clang，但它們都會將源代碼編譯為IR中間代碼，交給LLVM，而LLVM會輸出指定硬件架構（如手機arm64、電腦x86_64）的.O 機器可執行文件。
oc的clang編譯流程，我們在LLVM入門中分析得十分清楚。
- 現在，我們開始
swift的編譯全流程分析。
1.1 語法命令
- 打開
終端，輸入swiftc -h，查看語法命令:
-dump-ast 語法和類型檢查，打印AST語法樹
-dump-parse 語法檢查，打印AST語法樹
-dump-pcm 轉儲有關預編譯Clang模塊的調試信息
-dump-scope-maps <expanded-or-list-of-line:column>
Parse and type-check input file(s) and dump the scope map(s)
-dump-type-info Output YAML dump of fixed-size types from all imported modules
-dump-type-refinement-contexts
Type-check input file(s) and dump type refinement contexts(s)
-emit-assembly Emit assembly file(s) (-S)
-emit-bc 輸出一個LLVM的BC文件
-emit-executable 輸出一個可執行文件
-emit-imported-modules 展示導入的模塊列表
-emit-ir 展示IR中間代碼
-emit-library 輸出一個dylib動態庫
-emit-object 輸出一個.o機器文件
-emit-pcm Emit a precompiled Clang module from a module map
-emit-sibgen 輸出一個.sib的原始SIL文件
-emit-sib 輸出一個.sib的標準SIL文件
-emit-silgen 展示原始SIL文件
-emit-sil 展示標準的SIL文件
-index-file 為源文件生成索引數據
-parse 解析文件
-print-ast 解析文件并打?。ㄆ?簡潔的）語法樹
-resolve-imports 解析import導入的文件
-typecheck 檢查文件類型
- 新建一個
HTDemo的swift項目，新建HTPerson.swift文件，測試代碼：
class HTPerson {
var age: Int = 18
var name: String = "ht"
}
let t = HTPerson()
拓展命令：
- 將
打印結果，輸出為文檔的命令：命令語句后 + `>> ./XXX && open XXX` // 命令語句： swiftc -emit-sil HTPerson.swift // 輸出文件： >> ./HTPerson.sil // 打開文件： open HTPerson.sil 例如: swiftc -emit-sil HTPerson.swift >> ./HTPerson.sil && open HTPerson.sil
- 另一個相同
命令：命令語句后 + ` | col -b > XXX` // 命令語句為：`swiftc -print-ast HTPerson.swift` // 輸出文檔為`ast.swift` 例如: swiftc -dump-ast HTPerson.swift | col -b > ast.swift
1.2 Swift編譯流程
image.png
Swift編譯流程
- 將
swift源碼編譯為AST語法樹
swiftc -dump-ast HTPerson.swift >> ast.swift- 生成
SIL源碼
swiftc -emit-sil HTPerson.swift >> ./HTPerson.sil- 生成
IR中間代碼
swiftc -emit-ir HTPerson.swift >> ir.swift- 輸出
.o機器文件
swiftc -emit-object HTPerson.swift（ps：以上是各環節
關鍵命令，其他命令可自行嘗試和查看）
1.3 SIL分析
SIL(
Swift intermediate language)：swift中間語言
調用swiftc -emit-sil HTPerson.swift >> ./HTPerson.sil命令，生成HTPerson.sil文件。用VSCode打開SIL文件
1.3.1 main函數分析
// main
sil @main : $@convention(c) (Int32, UnsafeMutablePointer<Optional<UnsafeMutablePointer<Int8>>>) -> Int32 {
bb0(%0 : $Int32, %1 : $UnsafeMutablePointer<Optional<UnsafeMutablePointer<Int8>>>):
// 創建全局變量HTPerson
alloc_global @$s8HTPerson1tA2ACvp // id: %2
// 讀取全局變量HTPerson地址，賦值給%3
%3 = global_addr @$s8HTPerson1tA2ACvp : $*HTPerson // user: %7
// metatype讀取HTPerson的Type(Metadata)，賦值給%4
%4 = metatype $@thick HTPerson.Type // user: %6
// 將HTPerson.__allocating_init() 函數地址給%5
%5 = function_ref @$s8HTPersonAACABycfC : $@convention(method) (@thick HTPerson.Type) -> @owned HTPerson // user: %6
// 調用%5函數，將返回值給%6
%6 = apply %5(%4) : $@convention(method) (@thick HTPerson.Type) -> @owned HTPerson // user: %7
// 將%6存儲到%3 (%3是HTPerson類型)
store %6 to %3 : $*HTPerson // id: %7
// 構建Int并return
%8 = integer_literal $Builtin.Int32, 0 // user: %9
%9 = struct $Int32 (%8 : $Builtin.Int32) // user: %10
return %9 : $Int32 // id: %10
} // end sil function 'main'
@main標識當前HTPerson.swift文件的入口函數，SIL標識符號名稱以@作為前綴%0,%1...在SIL中也叫寄存器，類似代碼中的常量,一旦賦值后不可修改。如果SIL中還要繼續使用，就需要使用新的寄存器
（此寄存器是虛擬的，只作為臨時標識，最終運行到機器，會使用真的寄存器）
1.3.2 實例化分析
-
HTPerson()實際調用如下：
// HTPerson.__allocating_init()
sil hidden [exact_self_class] @$s8HTPersonAACABycfC : $@convention(method) (@thick HTPerson.Type) -> @owned HTPerson {
// %0 "$metatype"
bb0(%0 : $@thick HTPerson.Type):
// 讀取HTPerson的`alloc_ref`方法地址，給%1
%1 = alloc_ref $HTPerson // user: %3
// 讀取HTPerson.init()函數地址，給%2
%2 = function_ref @$s8HTPersonAACABycfc : $@convention(method) (@owned HTPerson) -> @owned HTPerson // user: %3
// 調用`alloc_ref`創建一個HTPerson實例對象，給%3
%3 = apply %2(%1) : $@convention(method) (@owned HTPerson) -> @owned HTPerson // user: %4
// 返回%3(HTPerosn類型)
return %3 : $HTPerson // id: %4
} // end sil function '$s8HTPersonAACABycfC'
- 類似的
SIL分析，可以多看幾個實例，慢慢找感覺。
2. 類結構
對象初始化
- OC:
[[HTPerosn alloc] init]
一般alloc申請內存空間并創建對象，init對象進行統一初始化處理。- Swift：
HTPerson()
直接()就完成了對象的創建。
我們一起去探索Swift的對象創建流程：
2.1 對象的創建（alloc）
創建
測試代碼，實例化處加斷點：
image.png頂部
Debug->Debug workflow->Always Show Disassembly，勾選匯編模式:
image.png
運行代碼，可以看到是調用了__allocating_init()進行的實例化。
image.png添加
__allocating_init符號斷點，繼續運行，發現內部調用了swift_allocObject：
image.png添加
swift_allocObject符號斷點，繼續運行，發現內部調用了_swift_allocObject_后，繼續調用swift_slowAlloc：
image.png添加
swift_slowAlloc符號斷點，繼續運行，發現內部調用了malloc_zone_malloc進行內存申請：
image.png
- swift對象
創建流程：
__allocating_init->swift_allocObject->_swift_allocObject_->swift_slowAlloc->malloc_zone_malloc
VSCode調試
驗證：
- VSCode打開
Swift源碼，搜索_swift_allocObject_，加入斷點。
image.png
run起來后，在底部編輯區，逐行輸入:
（ps:編輯器會判斷語法是否結束(花括號對稱)，來判斷你輸入是否完成）class HTPerson { var age: Int = 18 var name: String = "ht" }再輸入
var p = HTPerson()創建變量,按回車，會進入斷點:
image.png
- 進入
swift_slowAlloc內部，可以看到是申請了size大小的堆空間,并返回了空間的指針地址
image.png
這就是
swift的alloc，申請內存空間并返回一個object指針。返回后，使用reinterpret_cast強轉為HeapObject類型。
// 堆中申請內存空間，地址返回給object
auto object = reinterpret_cast<HeapObject *>( swift_slowAlloc(requiredSize, requiredAlignmentMask));
reinterpret_cast：強制類型轉換符【用法】
new_type a = reinterpret_cast <new_type> (value)
- 將
value的值轉成new_type類型的值，a和value的值一模一樣，比特位不變。reinterpret_cast用在任意指針（或引用）類型之間的轉換，以及指針與足夠大的整數類型之間的轉換；從整數類型（包括枚舉類型）到指針類型，無視大小。
注意： 此時object是強轉的HeapObject類型，實際是一個指向內存空間的對象指針，而HeapObject需要使用metadata進行初始化
// object對象類型為HeapObject，通過metadata（元數據）初始化
new (object) HeapObject(metadata);
image.png
2.2 類的大小
在探索init的初始化操作之前，我們先了解一下類的大小。
- 首先，通過
Xcode工程打印類的大?。?/li>
【總大小】
40字節(分別使用MemoryLayout和class_getInstanceSize打印大小)
image.png【age】：是
struct類型，64位系統下與Int64大小一樣。占8字節
image.png【name】: 是
struct類型，打印發現，占16字節
- 其次，通過
VSCode編譯，查看大小：
image.png
Q：
OC類的大小，就是isa指針大小，8字節，為什么Swift類是16字節？
- 最后，探索
Swift類的組成（16字節）：
VSCode點擊進入HeapObject結構：
image.png【metadata】：是
HeapMetedata類型，進入探究：TargetHeapMetadata->TargetMetadata，是struct結構體。
結構體的大小，由內部屬性決定，當前TargetMetadata結構體只有Kind一個屬性，類型為StoredPointer(本質是unsigned long類型，8字節)
image.png【refCounts】：是
InlineRefCounts類型，進入探究：InlineRefCounts->RefCounts，是class類型,占8字節。swift也使用ARC進行內存管理。
image.png
HeapObject結構：
struct HeapObject { let metadata: UnsafeRawPointer // 8字節 let strongRef: UInt32 // 4字節 let weakRef: UInt32 // 4字節 【... 自定義屬性 ...】 // ... }
- 總結：
swift類本質是HeapObjectHeapObject默認大小為16字節：metadata(struct)8字節和refCounts(class)8字節HTPerson的age(Int)占8字節，name(String)占16字節所以
HTPerson的size為40字節
2.3 對象的初始化（init）
- alloc
申請內存空間并拿到空間地址后，通過metadata（元數據）初始化HeapObject對象。
image.png
-
簡版流程圖：
image.png
swift類結構：
struct swift_class_t {
unsigned long Kind; // 8字節 （swift中是Kind,OC中是isa）
void * Superclass; // 8字節 父類
void * CacheData[2]; // 16字節 緩存數據（2個元素）
void * Data ; // 8字節 自定義數據
uint32_t Flags; // 4字節
uint32_t InstanceAddressPoint; // 4字節
uint32_t InstanceSize; // 4字節
uint16_t InstanceAlignMask; // 2字節
uint16_t Reserved; // 2字節
uint32_t ClassSize; // 4字節
uint32_t ClassAddressPoint; // 4字節
void * Description; // 8字節 描述
}
- 附上
完整流程圖。（大圖，放大觀看）
image.png
本節，熟悉了swift編譯流程和swift類結構，關于swift的探索，才剛剛起步 ??
