熟悉C++、java、VB等編程語(yǔ)言的朋友都知道String（字符串），它是編程語(yǔ)言中表示文本的數(shù)據(jù)類(lèi)型，字符串由若干字符組成的，是所有編程語(yǔ)?中?常重要的成員?？赡芎芏嗯笥哑綍r(shí)只是使用它，沒(méi)有仔細(xì)研究其中的奧秘。其實(shí)，字符串還是有很多值得我們深入研究的地方。
一、思考
在 Swift 開(kāi)發(fā)使用字符串的過(guò)程中，你是否有思考過(guò)以下問(wèn)題？
- 1 個(gè)字符串變量占用多少內(nèi)存？
- 字符串 str1、str2 的底層存儲(chǔ)有什么不同？
- 如果對(duì) str1、str2 進(jìn)行拼接操作，str1、str2 的底層存儲(chǔ)又會(huì)發(fā)生什么變化？
如果你能準(zhǔn)確地回答以上問(wèn)題，那說(shuō)明對(duì) Swift 字符串的底層存儲(chǔ)機(jī)制還是比較了解的。
二、1 個(gè)字符串變量占用多少內(nèi)存？
方法 1：MemoryLayout
首先，可以借助 Swift 自帶的 MemoryLayout 來(lái)測(cè)試一下
方法 2：匯編
另外，我們也可以借助一個(gè)強(qiáng)有力的底層分析助手—匯編語(yǔ)言，來(lái)窺探一下 String 的底層存儲(chǔ)
- 實(shí)際上分析其他語(yǔ)法、系統(tǒng)庫(kù)的底層，都可以借助匯編語(yǔ)言
? - 比如多態(tài)的原理、泛型的原理、Array 的底層、枚舉的底層等等
-
? 另外，不僅僅是 Swift，C、C++、OC 的底層分析，依然可以借助匯編語(yǔ)言
? - 畢竟你寫(xiě)的每一行有效代碼，最終都是要轉(zhuǎn)成機(jī)器指令（0 和 1）
? - 而機(jī)器指令是跟匯編指令一一對(duì)應(yīng)的，每一條機(jī)器指令都能翻譯成與之對(duì)應(yīng)的匯編指令
? - 能讀懂匯編指令，就相當(dāng)于能讀懂機(jī)器指令，知道 CPU 具體在干嘛（操作了什么寄存器，操作了哪塊內(nèi)存）
- 本教程的代碼是直接跑在 Mac 的命令行（CommandLineTools）項(xiàng)目上
? - 因此展示的匯編代碼是基于 X64 的 AT&T 格式匯編，并非 iOS 真機(jī)設(shè)備的 ARM 匯編
? - 其實(shí)不同種類(lèi)的匯編之間有極大的相似性，只是有些指令的叫法不一樣
跟微軟的 Visual Studio 一樣，Xcode 也內(nèi)置了非常方便的反匯編功能，可以輕松查看每一句代碼對(duì)應(yīng)的匯編指令，打開(kāi)反匯編界面的步驟如下
- 在某一行需要調(diào)試的代碼打上斷點(diǎn)（反匯編界面會(huì)在斷點(diǎn)調(diào)試狀態(tài)下顯示出來(lái)）
- 菜單：`Debug` > `Debug Workflow` > `Always Show Disassembly`
? - `Assembly` 譯為匯編， `Disassembly` 譯為反匯編
-?? 運(yùn)行程序，看到反匯編界面
如果你的反匯編經(jīng)驗(yàn)十足，根據(jù)第 16、17 行的匯編就可以推敲出來(lái)，String 是占用 16 個(gè)字節(jié)
- 因?yàn)樗昧?rax、rdx 寄存器存放字符串 str 的內(nèi)容，而 rax、rdx 都是 8 字節(jié)的
匯編的內(nèi)容太多了，因?yàn)闀r(shí)間和篇幅關(guān)系，文章里并不會(huì)對(duì)每一句匯編指令進(jìn)行詳細(xì)地講解，更多的是想說(shuō)明匯編的重要性。
三、字符串的底層存儲(chǔ)
窺探內(nèi)存
此前我寫(xiě)了個(gè)可以窺探 Swift 變量?jī)?nèi)存的小工具：https://github.com/CoderMJLee/Mems
- 現(xiàn)在用它來(lái)窺探下字符串的 16 字節(jié)里面，究竟存儲(chǔ)著什么數(shù)據(jù)
- `Mems.memStr(ofVal:)` 默認(rèn)情況下按照 8 個(gè)字節(jié)一組來(lái)顯示內(nèi)存數(shù)據(jù)
- 傳遞參數(shù) `alignment: .one` 是按照 1 個(gè)字節(jié)一組來(lái)顯示內(nèi)存數(shù)據(jù)
字符 '0'~'9' 的 ASCII 值是 0x30~0x39，認(rèn)真觀察最初 str1 的 16 個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，你發(fā)現(xiàn)了什么？
- 它直接將所有字符的 ASCII 值存儲(chǔ)在 str1 的 16 字節(jié)中
- 最后 1 個(gè)字節(jié) 0xea 中的 0xa 就是字符的數(shù)量，也是共 10 個(gè)字符
拼接
可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)對(duì) str1 進(jìn)行拼接 "ABCDE" 的時(shí)候
- 它最終是將 "0123456789ABCDE"十五個(gè)字符的 ASCII 值都存儲(chǔ)在了 str1 的 16 字節(jié)中
- 最后 1 個(gè)字節(jié) 0xef 中的 0xf 就是字符的數(shù)量，也是共 15 個(gè)字符
- 可以看得出來(lái)，目前 16 個(gè)字節(jié)已經(jīng)存滿(mǎn)了，那如果再拼接 1 個(gè)字符呢？
可以看到，str1 里面存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)生了非常大的變化，每一個(gè)字符的 ASCII 值不見(jiàn)了，
- 那里面的 16 字節(jié)具體是什么含義呢？
- 所有字符（'0'~'9'、'A' 到 'F'）的 ASCII 值又存到哪去了呢？
其他情況
如果一開(kāi)始初始化的時(shí)候（未拼接之前），字符串的內(nèi)容就是超過(guò) 15 個(gè)字符呢？
相信你能猜到是這個(gè)結(jié)果
- 這 16 個(gè)字節(jié)里面并沒(méi)有出現(xiàn)任何一個(gè)字符的 ASCII 值
- 而且這 16 個(gè)字節(jié)跟 `第27行的str1` 還是有所區(qū)別
? - 雖然它們的字符串內(nèi)容都是"0123456789ABCDEF"
如果對(duì) str2 進(jìn)行拼接操作
不難發(fā)現(xiàn)：這時(shí) str2 的 16 字節(jié)又發(fā)生了變化，跟 `第27行的str1` 是有點(diǎn)相似的
如何解決上述疑問(wèn)？
上述的種種疑問(wèn)，光看打印出來(lái)的內(nèi)存數(shù)據(jù)是無(wú)法解決的，但是都可以利用【！?。R編?。?！】來(lái)解決，分析匯編指令，立馬就得出結(jié)論，因?yàn)槲恼碌钠邢?，平時(shí)工作也比較忙，我把上述問(wèn)題的詳細(xì)剖析過(guò)程錄制成了長(zhǎng)達(dá) 2 個(gè)多小時(shí)的視頻，有興趣的朋友可以用 1.5~2 倍速度觀看
- 鏈接：https://pan.baidu.com/s/1AkS3K1ZKP8zyxhlhLRaBkA
- 提取碼：kzrk
- 視頻對(duì)于沒(méi)有匯編基礎(chǔ)的朋友來(lái)說(shuō)，可能會(huì)有點(diǎn)難度，最好挑一個(gè)頭腦清醒的時(shí)間去觀看
- 看完視頻后，希望大家能夠確切地感受到匯編語(yǔ)言的重要性，不要永遠(yuǎn)只停留在編寫(xiě)高級(jí)語(yǔ)言代碼、沉迷于語(yǔ)法糖的層面。
四、最后
人們經(jīng)常認(rèn)為匯編語(yǔ)言的應(yīng)用范圍很小，而忽視它的重要性。其實(shí)匯編語(yǔ)言對(duì)每一個(gè)希望學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的人來(lái)說(shuō)都是非常重要的，是不能不學(xué)習(xí)的語(yǔ)言。比如你還能玩轉(zhuǎn)軟件破解、游戲外掛等，這是我此前用【匯編\C++】編寫(xiě)的一個(gè)游戲外掛：https://github.com/CoderMJLee/SeemygoPVZCheater
我們做的這么多，當(dāng)然不僅僅是為了窺探字符串的底層。同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法一樣，匯編絕對(duì)是助你程序生涯更進(jìn)一步的必備良方。在編程領(lǐng)域，字符串只是如同茫茫宇宙中的一顆行星，渺小而又偉大。等待我們發(fā)掘探索的東西還有很多。在未來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)還有更多領(lǐng)域需要編程完成。時(shí)代進(jìn)步，軟件也日新月異的發(fā)展，不學(xué)習(xí)就等于倒退，就會(huì)被時(shí)代淘汰。對(duì)程序員??，唯有不斷的探索學(xué)習(xí)更多技術(shù)，才能在這?領(lǐng)域中縱橫遨游。
如果你想提升自己的能力、升職加薪、突破瓶頸，那一定要學(xué)習(xí)更多有關(guān)匯編及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等相關(guān)信息。如果想要深入了解，歡迎添加我的微信19950277730，這里不僅有與編程界大牛面對(duì)面的機(jī)會(huì)，更有?數(shù)免費(fèi)編程技巧和技術(shù)提升秘籍，我們期待與您共同進(jìn)步。
