Swift的属性

2022-01-10 本文已影响0人 spyn_n

一、存储属性

存储属性 是一个类或者值类型（结构体，enum等）实例一部分的常量或变量，其存储属性一般有两种引入方式：

由var关键字定义的，叫变量存储属性
由let关键字定义的，叫常量存储属性

那么这两种有什么区别呢？在汇编层面，他们其实没有什么区别，但是在编译时他们主要的区别是：

let修饰的常量，其值一旦设置就无法再修改，否则编译不通过
var修饰的常量，其值可以随处设置不同的值

eg:

sil分析：

class PSYModel {
@_hasStorage var age: Int { get set }
@hasStorage final let name: String { get }
init( age: Int, _ name: String)
@objc deinit
}

// PSYModel.age.getter //age的getter方法
// PSYModel.age.setter //age的setter方法
// PSYModel.name.getter //name的getter方法

通过上面可以看出var修饰的变量，具有存储属性，并且具有getter和setter方法，所以其设置值之后还可被设置新值。而let修饰的变量，被添加了final标识，并且只有getter方法，没有setter方法，所以在被设置初值之后就不能再被设置其值。但是为啥在指定初始化器中怎么能够给它设置值呢？因为在init方法中，是直接操作内存，存储到对应的内存的，并不需要调用setter方法

二、计算属性

在swift中存储属性很常见，当然除了存储属性，类、结构体和枚举也能够定义计算属性。计算属性并不存储值，他们提供getter和setter方法来获取和修改值，并且不同于存储属性可以使用var和let关键字修饰，计算属性必须用var修饰，并且定义变量的类型。如下：

struct square {
var width: Double

var area: Double{
get{
return width * width
}
set(newValue){
self.width = newValue
}
}
}
var s = square(width: 10.0)
s.area = 20

sil文件

sil文件下area具有setter和getter方法，但是并没有 hasStoreage标识，也就是没有存储属性。直接打印其结构体的大小也可以发现area并不占用内存。

如果private (set)修饰一个变量，说明其实具有存储属性的私有变量，只能在类或结构体代码块内可以访问，并且有setter和getter方法，只是将setter方法设置为私有，外部只能调用getter方法。

三、属性观察者

属性观察者会观察用来观察属性值的变化，当属性值即将改变时调用willSet,当属性值改变之后调用didSet。其方法类似于getter和setter方法，在初始化器内修改其值并不会触发调用willSet和didSet方法，因为初始化器是直接内存的操作。（计算属性不用添加观察者）

初始化器内不会触发	非初始化器赋值触发

@_hasStorage var subName: String { get set } 也具有存储属性，其赋值的时候是由setter方法触发的，sil文件如下：

subName的setter方法的sil文件

如果类存在继承，观察者属性调用又是啥样呢？

class PSYModel{
    var age: Int
    let name: String

    init(_ age: Int, _ name: String, _ subName: String) {
        self.age = age
        self.name = name
        self.subName = subName
    }
    var subName: String {
        willSet{
            print("PSY subName value willSet")
        }
        didSet{
            print("PSY subName value didSet")
        }
    }
}

class LQRModel: PSYModel {
    var sex: Int
    
    override var subName: String{
        willSet{
            print("LQR subName value willSet")
        }
        didSet{
            print("LQR subName value willSet")
        }
    }
    init(_ sex: Int) {
        self.sex = sex
        super.init(18, "P", "SY")
    }
}

var psy = LQRModel.init(1)
psy.subName = "spy"
print("end")

输出结果：****************************
LQR subName value willSet
PSY subName value willSet
PSY subName value didSet
LQR subName value willSet
end
Program ended with exit code: 0

image.png

四、延迟存储属性

延迟存储属性，其初始值是在第一次使用的时候才计算，使用关键字lazy来标识一个延迟存储属性。延迟存储属性只能用let修饰，不能用let，且必须有值。

class PSYModel{
    lazy var age: Int = 1
    let name: String

    init(_ name: String) {
        self.name = name
    }
}
var psy = PSYModel.init("PSY")
print("psy.age = \(psy.age)")
print("end")

lldb打印内存看一下其实例对象在初始化的时候并没有值，在使用的时候才有值：

lldb内存
那么它具体是怎么做到，使用的时候才有值呢？它实际是被编译成了一个_age: Int?可选类型的存储属性，并且生成了一个_age初始化表达式，返回了一个枚举。

sil文件

初始化表达式返回了一个枚举

age的getter方法

bb9是初始化值为6

可知，延迟存储属性延迟了内存的分配，相当于懒加载一样的效果，但是其并不是线程安全的，因为其并不能保证属性只被访问一次。

五、类型属性

类型属性其实是一个全局变量，只会被初始化一次，使用static修饰，eg :

class PSYModel{
    static var age: Int = 6
}
PSYModel.age = 18

将上面的代码生成.sil代码看一下，可以发现其仍具有存储属性，比一般存储属性多了个static修饰符，并且生成了一个全局变量age:

sil代码
main函数主要意思：

引用函数PSYModel.age.unsafeMutableAddressor
调用函数PSYModel.age.unsafeMutableAddressor并转成RawPointer原生指针
将原生指针指向Int数据类型
创建数值为18的数据Int64数据
将数据存入内存

main函数

PSYModel.age.unsafeMutableAddressor到底做了啥？内存是如何分配的？继续解读sil文件的PSYModel.age.unsafeMutableAddressor，可以发现其主要做了：

申请了一个全局的token0（@globalinit_029_12232F587A4C5CD8B1EEDF696793B2FC_token0）
拿到globalinit_029_12232F587A4C5CD8B1EEDF696793B2FC_func0申请内存函数指针
调用了一个“once”函数，参数是上面得到的token0和 globalinit函数指针

PSYModel.age.unsafeMutableAddressor

@globalinit_029_12232F587A4C5CD8B1EEDF696793B2FC_func0真正初始化的函数，这个就很简单了，创建全局属性age,拿到内存地址，创建初始值6，将6存储到内存当中并返回。

@globalinit_029_12232F587A4C5CD8B1EEDF696793B2FC_func0

但是那个“once”是有什么用吗？为什么还有一个token0?为了得到更接近底层汇编的中间代码，在终端使用命令生成ir文件: swiftc main.swift -emit-ir -o main1.c（这里为了方便生成的文件查看我制定后缀为.c文件）

找到相同的函数@s4main8PSYModelC3ageSivau--> PSYModel.age.unsafeMutableAddressor，可以发现“once”函数的调用译成了根据标记，如果没有内存分配（once_ont_done）就调用源码swift_once方法，如果已经分配了（once_done）就直接读取内存（load）,保证了其只会分配一次内存，只初始化一次。

image.png

结合Swift源码看一下swift_once做了什么？全局搜索swift_once可以找到其，并根据注释可以知道其调用了GCD（dispatch_once_f）保证函数只被执行一次。

/// 使用给定的上下文参数运行给定函数一次。
///predicate参数必须指向一个全局变量或静态变量，其静态范围类型为swift_once_t。
void swift::swift_once(swift_once_t *predicate, void (*fn)(void *),
                       void *context) {
#ifdef SWIFT_STDLIB_SINGLE_THREADED_RUNTIME
  if (! *predicate) {
    *predicate = true;
    fn(context);
  }
#elif defined(__APPLE__)
  dispatch_once_f(predicate, context, fn);
#elif defined(__CYGWIN__)
  _swift_once_f(predicate, context, fn);
#else
  std::call_once(*predicate, [fn, context]() { fn(context); });
#endif
}

拓展（单例）：

// 单例
class PSYModel{
static let shareInstance = PSYModel()
private init() {}
}
如果不希望单例类被继承，class前面加上final

六、属性在MachO文件中的位置

首先我们要有一个共识，根据前两篇文章【Swift语言的类与结构体--2，Swift语言的类与结构体--1】我们得到了Metadata的数据结构信息：

struct Metadata{
var kind: Int
var superClass: Any.Type
var cacheData: (Int, Int)
var data: Int
var classFlags: Int32
var instanceAddressPoint: UInt32
var instanceSize: UInt32
var instanceAlignmentMask: UInt16
var reserved: UInt16
var classSize: UInt32
var classAddressPoint: UInt32
var typeDescriptor: UnsafeMutableRawPointer
var iVarDestroyer: UnsafeRawPointer
}

以及类信息typeDescriptor的结构信息：

struct TargetClassDescriptor{
var flags: UInt32
var parent: UInt32
var name: Int32
var accessFunctionPointer: Int32
var fieldDescriptor: Int32
var superClassType: Int32
var metadataNegativeSizeInWords: UInt32
var metadataPositiveSizeInWords: UInt32
var numImmediateMembers: UInt32
var numFields: UInt32
var fieldOffsetVectorOffset: UInt32
var Offset: UInt32
var size: UInt32
//V-Table
}

以及在typeDescriptor的结构信息中，fieldDescriptor记录了属性的信息，其结构体如下：

struct FieldDescriptor{
var MangledTypeName: UInt32
var Superclass: UInt32
var Kind: Int16
var FieldRecordSize: Int16
var NumFields: Int32 // 属性个数
var FieldRecords // [FieldRecords]
}

FieldRecords中记录每个属性的信息，其结构体如下：

struct FieldRecord{
Flags : uint32
MangledTypeName: int32
FieldName: int32
}

新建代码，编译成.app文件，使用MachO View打开，手动计算验证是否能找到属性名：

class PSYModel{
    var age: Int = 18
    let name: String = "psy"
}

首先找到Section段__TEXT,__swift5_types，将pFile + Data - baseAddress(基地址) （0xFFFFFF5C + 0x1EE0 - 0x100000000 = 0x1E3C）得到typeDescriptor的偏移

得到typeDescriptor

点击Section64段__TEXT,__const,找到0x1E3C的pFile，向后偏移4个4字节，得到fieldDescriptor,此时也是得到fieldDescriptor的offset信息，需要pFile + Data（0x1E4C+ 0x6C = 0x1EB8）才能得到真正的FieldDescriptor

得到FieldDescriptor

点击Section64段__TEXT,__switf5_fieldmd,找到0x1EB8，向后偏移3个4字节，得到连续的内存空间即是FiledRecords，再根据FiledRecords结构，第1个4字节是Flags，第2个4字节是MangledTypeName，接下来的4字节是FiledName的offset（0xffffffdf）

得到FieldRecords

pFile + FiledName的offset （ 0x1ED0 + 0xffffffdf = 0x100001EAF）,然后在Section64段__TEXT,__switf5_reflstr就可找到属性名字如下：同理，0x1EDC + 0xffffffd7 = 0x100001EB3得到另一个属性名name

得到FiledName