Swift系列七 - 汇编分析值类型

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：

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。

func testStruct() {

    struct Point {

        var x: Int

        var y: Int

    }

    var p1 = Point(x: 10, y: 20)

    var p2 = p1

    print(Mems.ptr(ofVal: &amp;p1))

    print(Mems.ptr(ofVal: &amp;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：

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：

rip就是下一条指令的地址。

rax：10

rdx：20

0x100000ba4 &lt;+52&gt;:  movq   %rax, 0x664d(%rip)

把rax给了地址：0x100000bab + 0x664d = 0x1000071f8

0x100000bab &lt;+59&gt;:  movq   %rdx, 0x664e(%rip)

把rdx给了地址：0x100000bb2 + 0x664e = 0x100007200

0x100000bb2 &lt;+66&gt;:  movq   %rcx, %rdi

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

--------------------------------------------------------

0x100000bce &lt;+94&gt;:  movq   0x6623(%rip), %rax

把地址 0x100000bd5 + 0x6623 = 0x1000071f8 给了rax

0x100000bd5 &lt;+101&gt;: movq   %rax, 0x662c(%rip)

把rax给了地址：0x100000bdc + 0x662c = 0x100007208

0x100000bdc &lt;+108&gt;: movq   0x661d(%rip), %rax

把地址 0x100000be3 + 0x661d = 0x100007200 给了rax

0x100000be3 &lt;+115&gt;: movq   %rax, 0x6626(%rip)

把rax给了地址：0x100000bea + 0x6626 = 0x100007210

0x100000bea &lt;+122&gt;: leaq   -0x18(%rbp), %rdi

--------------------------------------------------------

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）：

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）：

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）：

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：

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: &amp;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: &amp;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：

(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：

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。