Swift--struct与class的区别(汇编角度底层分析)

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概述

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相对Objective-C, Swift使用结构体Struct的比例大大增加了,其中Int, Bool,以及String,Array等底层全部使用Struct来定义!在Swift中结构体不仅可以定义成员变量(属性),还可以定义成员方法,和类比较相似,都是具有定义和使用属性,方法以及初始化器等面向对象特性,但是结构体是不具有继承性,不具备运行时强制类型转换的以及引用计数等能力的!

下面来从汇编角度分析struct与class的区别!

基本知识

1、结构体

自动初始化器

在63行的调用中可以传入所有的成员值,用以初始化所有成员(存储属性, Stored Property)

在Struct Date定义中,并没有出现init初始化方法,但是发现Date会自动出现填入成员值的初始化方法

结论所有结构体都会有一个编译器自动生成的初始化器(initializer,构造器,构造方法),编译器会根据情况,可能会为结构体生成多个初始化器,但是宗旨是:保证所有成员都有初始值

举例1

下面四个初始化器,第一个初始化器之后保证了x,y都有值,满足了上面说的保证所有成员都有初始值

p1, p2, p3都不能操作成功,因为不能保证全部成员值都有值

通过上面的举例,编译器主动生成了一个初始化器,用于接受成员值x,y的初始化器,其他不会主动生成

举例2

下面四个初始化器,第一个第二个p0,p1保证了x,y都有值,因为x定义的时候赋值为0了,保证了成员值都有初始化值

p2,p3都不能操作成功,因为不能保证全部成员值都有值

通过举例2,编译器主动生成了两个初始化器,用于接受x,y以及单独接受y即可,其他的初始化器不会生成

举例3

下面成员值在定义的时候就已经给定了初始化值,已经保证了所有成员值肯定会有初始化值

所以四个初始化器都可以,编译器会自动生成四个初始化器

举例4

下面代码能编译通过嘛?

struct Point {
    var x: Int?
    var y: Int?
}
var p0 = Point(x: 0, y: 10)
var p1 = Point(y: 0)
var p2 = Point(x: 0)
var p3 = Point()

定义var x: Int? 相当于将nil 赋值给x,所以上面四个都是可以编译通过的 可选项都有个默认值nil

自定义初始化器

一旦在定义结构体的时候自定义好了初始化器,编译器就不会再帮它自动生成其他初始化器

举例1

struct Point {
    var x: Int = 0
    var y: Int = 0
    init(x: Int, y: Int) {
        self.x = x
        self.y = y
    }
}
var p0 = Point(x: 0, y: 10)
var p1 = Point(y: 0)
var p2 = Point(x: 0)
var p3 = Point()

在定义成员值时并赋值了初始值,也自定义初始化器,所以编译器就不会自动生成其他初始化器

看下这两种初始化有何区别?

func testStruct() {
    struct Point {
        var x: Int = 0
        var y: Int = 0
    }
    var _ = Point()
}
testStruct()

func testStruct() {
    struct Point {
        var x: Int
        var y: Int
        init() {
            x = 0
            y = 0
        }
    }
    var _ = Point()
}
testStruct()

通过汇编来查看是否有区别,两个一模一样,都是下面

TestSwift`init() in Point #1 in testStruct():
->  0x100001940 <+0>:  pushq  %rbp
    0x100001941 <+1>:  movq   %rsp, %rbp
    0x100001944 <+4>:  xorps  %xmm0, %xmm0
    0x100001947 <+7>:  movaps %xmm0, -0x10(%rbp)
    0x10000194b <+11>: movq   $0x0, -0x10(%rbp)
    0x100001953 <+19>: movq   $0x0, -0x8(%rbp)
    0x10000195b <+27>: xorl   %eax, %eax
    0x10000195d <+29>: movl   %eax, %ecx
    0x10000195f <+31>: movq   %rcx, %rax
    0x100001962 <+34>: movq   %rcx, %rdx
    0x100001965 <+37>: popq   %rbp
    0x100001966 <+38>: retq

内存结构

看一下下面一个结构体的内存结构

根据内存地址查看

从上面的存储可看到,三个属性的存储地址是相邻的!!!

也可以通过封装的Mems内存类来直接查询

2、类

类的定义和结构体类似, 但是编译器并没有为类自动生成可以传入成员值的初始化器

上面class定义,知编译器不会自动生成可以传入成员值的初始化器,因为定义的x,y都具有初始化值,xcode还会自动的生成无参的初始化值,如果x,y没有初始化值,连无参的初始化器都不会调用成功!

上面如果改成struct修饰,就不会有任何的错误

结论:

如果类的所有成员都在定义的时候制定了初始值,编译器会为类生成无参的初始化器

区别

1. 结构体是值类型(枚举也是值类型), 类是引用类型(指针类型)

class Size {
    var width = 1
    var height = 2
}
struct Point {
    var x = 3
    var y = 4
}
func test() {
    var size = Size()
    var point = Point()
}

对于上面的代码,point为值类型,如果值类型在函数里面定义,就放在栈空间,point里面有x,y共有16个字节,假设起始地址为0x10000,而Size对象是引用类型,size指针变量存放在栈空间中,存放的是地址(指针类型占用8个字节),地址指向的为堆空间,堆空间的大小为32个字节,内存结构大致如

而size对象内存则放在堆空间,结构结构如下

进行验证(如果汇编里面没有出现alloc,malloc等词,基本就不是堆空间)

发现size指针变量和point变量地址挨着很近!!!

进一步,我们想观看size指针变量指向的堆空间的内容和指针地址,通过Mems工具类查看

对于上面的补充

对于类创建的对象都是是堆空间,只是类对象的指针变量可能会在不同的地方,如上面size是在函数里面,size指针变量放在栈里面,但是Size对象就是堆空间,不存在其他的,如果创建size对象在函数外创建,则size指针变量就放在了全局区里面

拓展

值类型: 值类型赋值给var,let或者给函数传参, 是直接将所有内容拷贝一份,类似于对文件进行copy,paste操作,产生了新的文件副本,属于深拷贝(deep copy)

汇编指令小技巧

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、链接)指向的是同一个文件,属于浅拷贝(shallow copy)

上面可看出,s1, s2 都指向同一内存,当更改s2的值时,s1也会更改掉,此为浅拷贝的应用!!!