窺探閉包的內(nèi)存
閉包：一個函數(shù)和它所捕獲的變量\常量環(huán)境組合起來，稱為閉包
- 首先先看一下下面這段代碼，getFn()返回了一個函數(shù)，然后調(diào)用4次這個函數(shù)，我們來看一下getFn()的內(nèi)部是怎么用匯編實現(xiàn)的
typealias Fn = (Int) -> Int
func getFn() -> Fn{
func plus(_ i: Int) -> Int{
return i
}
return plus
}
var fn = getFn()
print(fn(1)) 輸出1
print(fn(2)) 輸出2
print(fn(3)) 輸出3
print(fn(4)) 輸出4
TestSwift`getFn():
0x100001320 <+0>: pushq %rbp
0x100001321 <+1>: movq %rsp, %rbp
0x100001324 <+4>: leaq 0x15(%rip), %rax ; plus #1 (Swift.Int) -> Swift.Int in TestEnumMemory.getFn() -> (Swift.Int) -> Swift.Int at main.swift:92
-> 0x10000132b <+11>: xorl %ecx, %ecx
0x10000132d <+13>: movl %ecx, %edx
0x10000132f <+15>: popq %rbp
0x100001330 <+16>: retq
- 其他匯編可以先忽略，我們重點看一下第三行的匯編
leaq 0x15(%rip), %rax, 其實看后面的注釋我們就可以猜到這是什么意思了，注釋是這么寫的：; plus #1 (Swift.Int) -> Swift.Int in TestSwift.getFn() -> (Swift.Int) -> Swift.Int at main.swift:92，意思就是說這句匯編的作用是算出plus函數(shù)的地址并且賦值給rax寄存器 ，第一篇的時候說過rax寄存器經(jīng)常用來存放函數(shù)的返回值，所以賦值給rax寄存器的目的就是要當(dāng)做getFn()方法的返回值，把函數(shù)地址返回出去。
- 那么函數(shù)地址究竟是什么呢？
leap的意思直接賦值，也就是取出rip寄存器的值加上0x15之后，直接把算出來的地址賦值給rax寄存器，我們第一篇的時候講過rip寄存器存放的是下一行指令的地址，也就是0x10000132b，加上0x15也就是0x100001340，我們也可以通過LLDB命令register read rax來讀取rax寄存器的值，結(jié)果同樣是0x100001340，所以我們就可以知道getFn()方法的返回值就是0x100001340
- 接下來，我們對上述代碼做一點點小的改動，代碼如下，我們要注意此時，plus函數(shù)捕捉了num變量 ，也就是說
返回的plus函數(shù)與num變量的值組成了閉包，這個時候再來看一下getFn()的匯編代碼
typealias Fn = (Int) -> Int
func getFn() -> Fn{
var num = 0 //增加了這一行
func plus(_ i: Int) -> Int{
num = num + i //增加了這一行
return num //返回值變成了num+i
}
return plus //返回的plus函數(shù)和捕獲num產(chǎn)生的堆空間形成了閉包
}
var fn = getFn()
print(fn(1)) 輸出1
print(fn(2)) 輸出3
print(fn(3)) 輸出6
print(fn(4)) 輸出10
TestSwift`getFn():
0x100001120 <+0>: pushq %rbp
0x100001121 <+1>: movq %rsp, %rbp
0x100001124 <+4>: subq $0x20, %rsp
0x100001128 <+8>: leaq 0x5009(%rip), %rdi
0x10000112f <+15>: movl $0x18, %esi
0x100001134 <+20>: movl $0x7, %edx
0x100001139 <+25>: callq 0x10000543a ; symbol stub for: swift_allocObject
0x10000113e <+30>: movq %rax, %rdx
0x100001141 <+33>: addq $0x10, %rdx
0x100001145 <+37>: movq %rdx, %rsi
0x100001148 <+40>: movq $0x0, 0x10(%rax)
-> 0x100001150 <+48>: movq %rax, %rdi
0x100001153 <+51>: movq %rax, -0x8(%rbp)
0x100001157 <+55>: movq %rdx, -0x10(%rbp)
0x10000115b <+59>: callq 0x1000054b2 ; symbol stub for: swift_retain
0x100001160 <+64>: movq -0x8(%rbp), %rdi
0x100001164 <+68>: movq %rax, -0x18(%rbp)
0x100001168 <+72>: callq 0x1000054ac ; symbol stub for: swift_release
0x10000116d <+77>: movq -0x10(%rbp), %rax
0x100001171 <+81>: leaq 0x1e8(%rip), %rax ; partial apply forwarder for plus #1 (Swift.Int) -> Swift.Int in TestSwift.getFn() -> (Swift.Int) -> Swift.Int at <compiler-generated>
0x100001178 <+88>: movq -0x8(%rbp), %rdx
0x10000117c <+92>: addq $0x20, %rsp
0x100001180 <+96>: popq %rbp
0x100001181 <+97>: retq
- 上下的匯編代碼對比可知，僅僅因為組成了閉包，
getFn()的匯編代碼就多了很多，現(xiàn)在我們來觀察一下這個匯編的第七句callq 0x10000543a，這句匯編的注釋是symbol stub for: swift_allocObject，也就是說這句匯編開辟了堆空間，前邊說過返回值是存儲在rax寄存器中的，也就是說現(xiàn)在的rax寄存器存放的是開辟的這段堆空間。
- 我們用LLDB命令
register read rax得到了這段堆空間的地址是rax = 0x0000000100697b10，然后我們用LLDB命令x/5xg來查看一下這段堆空間到底存放了什么，存放的數(shù)據(jù)如下：
(lldb) x/5xg 0x0000000100697b10
0x100697b10: 0x0000000100006138 0x0000000000000002
0x100697b20: 0x0000000000000000 0x0002000000000000
0x100697b30: 0x0000000000000000
- 我們大膽猜測一下，這段堆空間究竟存放這什么東西，由于是
plus函數(shù)中捕獲了num變量，之后匯編中才增加了開辟堆空間的指令，所以堆空間的東西一定和num相關(guān)，從輸出結(jié)果是1、3、6、10可以看出來，訪問的num是同一個num，所以很有可能是開辟了一段堆空間來存放num變量的值，也就是把num的值復(fù)制了一份放到了堆空間，方便以后的訪問，num是局部變量，在函數(shù)調(diào)用之后局部變量num就會被銷毀掉。
- 我們在plus函數(shù)內(nèi)部再打一個斷點，觀察一下每次
num = num + 1后 ，剛才那段堆空間的值是否發(fā)生了變化
調(diào)用fn(1)后，堆空間的數(shù)據(jù)變成了下面的樣子
(lldb) x/5xg 0x0000000100697b10
0x100697b10: 0x0000000100006138 0x0000000200000002
0x100697b20: 0x0000000000000001 0x0002000000000000
0x100697b30: 0x0000000000000000
調(diào)用fn(2)后，堆空間的數(shù)據(jù)變成了下面的樣子
(lldb) x/5xg 0x0000000100697b10
0x100697b10: 0x0000000100006138 0x0000000200000002
0x100697b20: 0x0000000000000003 0x0002000000000000
0x100697b30: 0x0000000000000000
調(diào)用fn(3)后，堆空間的數(shù)據(jù)變成了下面的樣子
(lldb) x/5xg 0x0000000100697b10
0x100697b10: 0x0000000100006138 0x0000000200000002
0x100697b20: 0x0000000000000006 0x0002000000000000
0x100697b30: 0x0000000000000000
調(diào)用fn(4)后，堆空間的數(shù)據(jù)變成了下面的樣子
(lldb) x/5xg 0x0000000100697b10
0x100697b10: 0x0000000100006138 0x0000000200000002
0x100697b20: 0x000000000000000a 0x0002000000000000
0x100697b30: 0x0000000000000000
- 從上面可以看出來我們的1、3、6、10，確實在這段堆空間里，也就證實了我們的想法，形成閉包之后
getFn()內(nèi)部會開辟一段堆空間，用來存放捕獲的變量。
- 那么這段堆空間究竟有多大呢，首先我們知道堆空間分配的內(nèi)存是以16字節(jié)為單位的，也就是說是16的倍數(shù)，然后我們觀察
callq 0x10000543a分配堆空間的前兩句匯編：movl $0x18, %esi，$0x7, %edx，我們以前說過rsi寄存器、rdx寄存器都是用來存放參數(shù)的，而esi寄存器不就是rsi寄存器的的其中4個字節(jié)的空間嘛，所以esi寄存器中存放的0x18就是要傳給swift_allocObject函數(shù)的參數(shù)，同理，edx寄存器中存放的0x7也是swift_allocObject函數(shù)的參數(shù)，轉(zhuǎn)化成十進制，也就是說把24和7作為參數(shù)給swift_allocObject函數(shù)，可以直接告訴大家，這里的就是堆空間實際占用的字節(jié)數(shù)，由于堆空間的內(nèi)存必須是16的倍數(shù)，所以這塊堆空間一共分配了32個字節(jié)。
- 其實
閉包產(chǎn)生的這段堆空間和初始化類對象產(chǎn)生的堆空間，非常相似，前8個字節(jié)存儲的都是類型信息，再往后8個字節(jié)存儲的是引用計數(shù)相關(guān)，剩下的才是我們要存儲的數(shù)據(jù)，所以上面的閉包代碼，你可以認(rèn)為與下面的代碼是等價的。
class Closure{
var num = 0
func plus(_ i: Int) -> Int{
num = num + i
return num
}
}
var closure = Closure()
print(closure.plus(1)) 輸出1
print(closure.plus(2)) 輸出3
print(closure.plus(3)) 輸出6
print(closure.plus(4)) 輸出10
-
- 我們要分清
閉包和閉包表達式的區(qū)別
- 1>. 閉包：一個函數(shù)和它所捕獲的變量\常量環(huán)境組合起來，稱為閉包，本文章中，plus函數(shù)和它為了存儲num的值而分配的堆空間組合起來稱之為閉包。
- 2>. 閉包表達式：用簡潔語法構(gòu)建內(nèi)聯(lián)閉包的方式，可以用閉包表達式來定義一個函數(shù)，閉包表達式的格式是這樣的：{ (參數(shù)列表) -> 返回值類型 in 函數(shù)體代碼}
15. 總結(jié)
- 閉包會對用到的局部變量進行捕獲，也就是會把局部變量的值放到開辟的堆空間中，以防止局部變量銷毀了導(dǎo)致值無法使用
- 閉包會對用到的對象引用計數(shù)+1，防止對象被提前釋放掉，不會再分配堆空間了，。
