• 進入RefCountBits定義，也是一個模板定義

template <typename RefCountBits>
class RefCounts {
  std::atomic<RefCountBits> refCounts;
  ...
}

所以真正的初始化地方是下面這個，實際上是做了一個位域操作，根據(jù)的是Offsets

LLVM_ATTRIBUTE_ALWAYS_INLINE
constexpr
RefCountBitsT(uint32_t strongExtraCount, uint32_t unownedCount)
: bits((BitsType(strongExtraCount) << Offsets::StrongExtraRefCountShift) |
       (BitsType(1)                << Offsets::PureSwiftDeallocShift) |
       (BitsType(unownedCount)     << Offsets::UnownedRefCountShift))
{ }

分析RefCountsBit的結(jié)構(gòu)，如下所示，

• isImmortal（0）

• UnownedRefCount（1-31）：unowned的引用計數(shù)

• isDeinitingMask（32）：是否進行釋放操作

• StrongExtraRefCount（33-62）：強引用計數(shù)

• UseSlowRC（63）

重點關注UnownedRefCount和StrongExtraRefCount

• 將t的refCounts用二進制展示，其中強引用計數(shù)為3

分析SIL代碼

• 當只有t實例變量時

• 當有t + t1時，查看是否有 strong_retain操作

//SIL中的main
alloc_global @main.t1 : main.CJLTeacher       // id: %8
%9 = global_addr @main.t1 : main.CJLTeacher : $*CJLTeacher // user: %11
%10 = begin_access [read] [dynamic] %3 : $*CJLTeacher // users: %12, %11
copy_addr %10 to [initialization] %9 : $*CJLTeacher // id: %11

//其中copy_addr等價于
- %new = load s*LGTeacher
- strong_retain %new
- store %new to %9

SIL官方文檔中關于copy_addr的解釋如下

• 其中的strong_retain對應的就是 swift_retain，其內(nèi)部是一個宏定義，內(nèi)部是_swift_retain_，其實現(xiàn)是對object的引用計數(shù)作+1操作

//內(nèi)部是一個宏定義
HeapObject *swift::swift_retain(HeapObject *object) {
  CALL_IMPL(swift_retain, (object));
}
??
//本質(zhì)調(diào)用的就是 _swift_retain_
static HeapObject *_swift_retain_(HeapObject *object) {
  SWIFT_RT_TRACK_INVOCATION(object, swift_retain);
  if (isValidPointerForNativeRetain(object))
    object->refCounts.increment(1);
  return object;
}
??
void increment(uint32_t inc = 1) {
    auto oldbits = refCounts.load(SWIFT_MEMORY_ORDER_CONSUME);
    
    // constant propagation will remove this in swift_retain, it should only
    // be present in swift_retain_n
    if (inc != 1 && oldbits.isImmortal(true)) {
      return;
    }
    //64位bits
    RefCountBits newbits;
    do {
      newbits = oldbits;
      bool fast = newbits.incrementStrongExtraRefCount(inc);
      if (SWIFT_UNLIKELY(!fast)) {
        if (oldbits.isImmortal(false))
          return;
        return incrementSlow(oldbits, inc);
      }
    } while (!refCounts.compare_exchange_weak(oldbits, newbits,
                                              std::memory_order_relaxed));
  }

• 回退到HeapObject，從InlineRefCounts進入，其中是c++中的模板定義，是為了更好的抽象，在其中查找bits（即decrementStrongExtraRefCount方法）

LLVM_NODISCARD LLVM_ATTRIBUTE_ALWAYS_INLINE
bool incrementStrongExtraRefCount(uint32_t inc) {
// This deliberately overflows into the UseSlowRC field.
// 對inc做強制類型轉(zhuǎn)換為 BitsType
// 其中 BitsType(inc) << Offsets::StrongExtraRefCountShift 等價于 1<<33位，16進制為 0x200000000
//這里的 bits += 0x200000000，將對應的33-63轉(zhuǎn)換為10進制，為
bits += BitsType(inc) << Offsets::StrongExtraRefCountShift;
return (SignedBitsType(bits) >= 0);
}

例如以t的refCounts為例（其中62-33位是strongCount，每次增加強引用計數(shù)增加都是在33-62位上增加的，固定的增量為1左移33位，即0x200000000）

• 只有t時的refCounts是 0x0000000200000003

• t + t1時的refCounts是 0x0000000400000003 = 0x0000000200000003 + 0x200000000

• t + t1 + t2 時的refCounts是 0x0000000600000003 = 0x0000000400000003 + 0x200000000

• 針對上面的例子，可以通過CFGetRetainCOunt獲取引用計數(shù),發(fā)現(xiàn)依次是 2、3、4，默認多了一個1

• 如果將t、t1、t2放入函數(shù)中，還會再次retain一次

為什么是0x200000000？
因為1左移33位，其中4位為一組，計算成16進制，剩余的33-32位0x10，轉(zhuǎn)換為10進制為2。其實際增加引用技術就是1

swift與OC強引用計數(shù)對比

• OC中創(chuàng)建實例對象時為0

• swift中創(chuàng)建實例對象時默認為1

內(nèi)存管理 - 弱引用

以下面為例：

class CJLTeacher {
    var age: Int = 18
    var name: String = "CJL"
    var stu: CJLStudent?
}

class CJLStudent {
    var age = 20
    var teacher: CJLTeacher?
}

func test(){
    var t = CJLTeacher()
    weak var t1 = t
}

• 查看t的引用計數(shù)變化

• 弱引用聲明的變量是一個可選值，因為在程序運行過程中是允許將當前變量設置為nil的

• 在t1處加斷點，查看匯編

• 查看 swift_weakInit函數(shù)，這個函數(shù)是由WeakReference來調(diào)用的，相當于weak字段在編譯器聲明過程中就自定義了一個WeakReference的對象，其目的在于管理弱引用

WeakReference *swift::swift_weakInit(WeakReference *ref, HeapObject *value) {
  ref->nativeInit(value);
  return ref;
}

• 進入nativeInit

void nativeInit(HeapObject *object) {
auto side = object ? object->refCounts.formWeakReference() : nullptr;
nativeValue.store(WeakReferenceBits(side), std::memory_order_relaxed);
}

• 進入formWeakReference，創(chuàng)建sideTable，

template <>
HeapObjectSideTableEntry* RefCounts<InlineRefCountBits>::formWeakReference()
{
  //創(chuàng)建 sideTable
  auto side = allocateSideTable(true);
  if (side)
  // 如果創(chuàng)建成功，則增加弱引用
    return side->incrementWeak();
  else
    return nullptr;
}

• 進入allocateSideTable

template <>
HeapObjectSideTableEntry* RefCounts<InlineRefCountBits>::allocateSideTable(bool failIfDeiniting)
{
  // 1、先拿到原本的引用計數(shù)
  auto oldbits = refCounts.load(SWIFT_MEMORY_ORDER_CONSUME);
  
  // Preflight failures before allocating a new side table.
  if (oldbits.hasSideTable()) {
    // Already have a side table. Return it.
    return oldbits.getSideTable();
  } 
  else if (failIfDeiniting && oldbits.getIsDeiniting()) {
    // Already past the start of deinit. Do nothing.
    return nullptr;
  }

  // Preflight passed. Allocate a side table.
  
  // FIXME: custom side table allocator
  //2、創(chuàng)建sideTable
  HeapObjectSideTableEntry *side = new HeapObjectSideTableEntry(getHeapObject());
  // 3、將創(chuàng)建的地址給到InlineRefCountBits
  auto newbits = InlineRefCountBits(side);
  
  do {
    if (oldbits.hasSideTable()) {
      // Already have a side table. Return it and delete ours.
      // Read before delete to streamline barriers.
      auto result = oldbits.getSideTable();
      delete side;
      return result;
    }
    else if (failIfDeiniting && oldbits.getIsDeiniting()) {
      // Already past the start of deinit. Do nothing.
      return nullptr;
    }
    
    side->initRefCounts(oldbits);
    
  } while (! refCounts.compare_exchange_weak(oldbits, newbits,
                                             std::memory_order_release,
                                             std::memory_order_relaxed));
  return side;
}

• 1、先拿到原本的引用計數(shù)

• 2、創(chuàng)建sideTable

• 3、將創(chuàng)建的sideTable地址給InlineRefCountBits，并查看其初始化方法，根據(jù)sideTable地址作了偏移操作并存儲到內(nèi)存，相當于將sideTable直接存儲到了64位的變量中

  所以上面的0xc000000020809a6c是HeapObjectSideTableEntry實例對象的內(nèi)存地址，即散列表的地址（除去63、62位）

• 64位 用于記錄 原有引用計數(shù)

• 32位 用于記錄 弱引用計數(shù)

• 查看HeapObjectSideTableEntry定義，其中有object對象、refCounts

• 進入SideTableRefCounts，同InlineRefCounts類似，實際做事的是SideTableRefCountBits，繼承自RefCountBitsT（存的是uint64_t類型的64位的信息），還有一個uint32_t的weakBits，即32位的位域信息

以0xc000000020809a6c為例，將62、63位清零，變成0x20809A6C，然后左移3位（即InlineRefCountBits初始化方法），變成0x10404D360即HeapObjectSideTableEntry對象地址，即散列表地址，然后通過x/8g讀取

問題：如果此時再加一個強引用t2
查看其refCounts，t2是執(zhí)行了strong_retain的

• 源碼查看 _swift_retain_ -> increment -> incrementSlow -> incrementStrong

總結(jié)

對于HeapObject來說，其refCounts有兩種：

• 無弱引用：strongCount + unownedCount

• 有弱引用：object + xxx + （strongCount + unownedCount） + weakCount

HeapObject {
    InlineRefCountBit {strong count + unowned count }
    
    HeapObjectSideTableEntry{
        HeapObject *object
        xxx
        strong Count + unowned Count（uint64_t）//64位
        weak count（uint32_t)//32位
    }
}

內(nèi)存管理 - 循環(huán)引用

主要是研究閉包捕獲外部變量，以下面代碼為例

var age = 10
let clourse = {
    age += 1
}
clourse()
print(age)

<!--打印結(jié)果-->
11

從輸出結(jié)果中可以看出：閉包內(nèi)部對變量的修改將會改變外部原始變量的值,主要原因是閉包會捕獲外部變量，這個與OC中的block是一致的

• 定義一個類，在test函數(shù)作用域消失后，會執(zhí)行init

class CJLTeacher {
    var age = 18
    //反初始化器（當前實例對象即將被回收）
    deinit {
        print("CJLTeacher deinit")
    }
}
func test(){
    var t = CJLTeacher()
}
test()

<!--打印結(jié)果-->
CJLTeacher deinit

• 修改例子，通過閉包修改其屬性值

class CJLTeacher {
    var age = 18
    //反初始化器（當前實例對象即將被回收）
    deinit {
        print("CJLTeacher deinit")
    }
}
var t = CJLTeacher()
let clourse = {
    t.age += 1
}
clourse()

<!--打印結(jié)果-->
11

• 【修改1】將上面例子修改為如下，其中閉包是否對t有強引用？

class CJLTeacher {
    var age = 18
    deinit {
        print("CJLTeacher deinit")
    }
}

func test(){
    var t = CJLTeacher()
    let clourse = {
        t.age += 1
    }
    clourse()
}
test()

<!--運行結(jié)果-->
CJLTeacher deinit

運行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閉包對 t 并沒有強引用

• 【修改2】繼續(xù)修改例子為如下，是否有強引用？

class CJLTeacher {
    var age = 18
    
    var completionBlock: (() ->())?
    
    deinit {
        print("CJLTeacher deinit")
    }
}

func test(){
    var t = CJLTeacher()
    t.completionBlock = {
        t.age += 1
    }
}
test()

從運行結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沒有執(zhí)行deinit方法，即沒有打印CJLTeacher deinit，所以這里有循環(huán)引用

循環(huán)引用解決方法

有兩種方式可以解決swift中的循環(huán)引用

• 【方式一】使用weak修飾閉包傳入的參數(shù)，其中參數(shù)的類型是optional

func test(){
    var t = CJLTeacher()
    t.completionBlock = { [weak t] in
        t?.age += 1
    } 
}

• 【方式二】使用unowned修飾閉包參數(shù)，與weak的區(qū)別在于unowned不允許被設置為nil，即總是假定有值的

func test(){
    var t = CJLTeacher()
    t.completionBlock = { [unowned t] in
        t.age += 1
    } 
}

捕獲列表

• [weak t] / [unowned t] 在swift中被稱為捕獲列表

• 定義在參數(shù)列表之前

• 【書寫方式】捕獲列表被寫成用逗號括起來的表達式列表，并用方括號括起來

• 如果使用捕獲列表，則即使省略參數(shù)名稱、參數(shù)類型和返回類型，也必須使用in關鍵字

• [weak t] 就是取t的弱引用對象 類似weakself

請問下面代碼的clourse()調(diào)用后，輸出的結(jié)果是什么？

func test(){
    var age = 0
    var height = 0.0
    //將變量age用來初始化捕獲列表中的常量age，即將0給了閉包中的age（值拷貝）
    let clourse = {[age] in
        print(age)
        print(height)
    }
    age = 10
    height = 1.85
    clourse()
}

<!--打印結(jié)果-->
0
1.85

所以從結(jié)果中可以得出：對于捕獲列表中的每個常量，閉包會利用周圍范圍內(nèi)具有相同名稱的常量/變量，來初始化捕獲列表中定義的常量。有以下幾點說明：

• 捕獲列表中的常量是值拷貝，而不是引用

• 捕獲列表中的常量的相當于復制了變量age的值

• 捕獲列表中的常量是只讀的，即不可修改

swift中Runtime探索

請問下面代碼，會打印方法和屬性嗎？

class CJLTeacher {
    var age: Int = 18
    func teach(){
        print("teach")
    }
}

let t = CJLTeacher()

func test(){
    var methodCount: UInt32 = 0
    let methodList = class_copyMethodList(CJLTeacher.self, &methodCount)
    for i in 0..<numericCast(methodCount) {
        if let method = methodList?[i]{
            let methodName = method_getName(method)
            print("方法列表：\(methodName)")
        }else{
            print("not found method")
        }
    }
    
    var count: UInt32 = 0
    let proList = class_copyPropertyList(CJLTeacher.self, &count)
    for i in 0..<numericCast(count) {
        if let property = proList?[i]{
            let propertyName = property_getName(property)
            print("屬性成員屬性:\(property)")
        }else{
            print("沒有找到你要的屬性")
        }
    }
    print("test run")
}
test()

運行結(jié)果如下，發(fā)現(xiàn)并沒有打印方法和屬性

• 【嘗試1】如果給屬性 和 方法 都加上 @objc，可以打印嗎？

從運行結(jié)果看，是可以打印，但是由于類并沒有暴露給OC，所以OC是無法使用的，這樣做是沒有意義的

• 【嘗試2】如果swift的類繼承NSObject，沒有@objc修飾屬性和方法，是否可以打印全部屬性+方法？

從結(jié)果發(fā)現(xiàn)獲取的只有init方法，主要是因為在 swift.h文件中暴露出來的只有init方法

• 如果想讓OC能使用，必須類繼承NSObject + @objc修飾屬性、方法

• 如果去掉@objc修飾屬性，將方法改成dynamic修飾，是否可以打印方法？

  從結(jié)果可以看出，依舊不能被OC獲取到，需要修改為@objc dynamic修飾
  

結(jié)論

• 對于純swift類來說，沒有 動態(tài)特性dynamic（因為swift是靜態(tài)語言），方法和屬性不加任何修飾符的情況下，已經(jīng)不具備runtime特性，此時的方法調(diào)度，依舊是函數(shù)表調(diào)度即V_Table調(diào)度

• 對于純swift類，方法和屬性添加@objc標識的情況下，可以通過runtime API獲取到，但是在OC中是無法進行調(diào)度的，原因是因為swift.h文件中沒有swift類的聲明

• 對于繼承自NSObject類來說，如果想要動態(tài)的獲取當前屬性+方法，必須在其聲明前添加 @objc關鍵字，如果想要使用方法交換，還必須在屬性+方法前添加dynamic關鍵字，否則當前屬性+方法只是暴露給OC使用，而不具備任何動態(tài)特性

objc源碼驗證

（由于xcode12.2暫時無法運行objc源碼，下列驗證圖片僅供參考）

• 進入class_copyMethodList源碼,斷住，查看此時的cls，其中data()存儲類的信息

• 進入data，打印bits、superclass

從這里可以得出swift中有默認基類，即_SwiftObject

• 打印methods

• swift源碼中搜索_SwiftObject，繼承自NSObject，在內(nèi)存結(jié)構(gòu)上與OC基本類似的

#if __has_attribute(objc_root_class)
__attribute__((__objc_root_class__))
#endif
SWIFT_RUNTIME_EXPORT @interface SwiftObject<NSObject> {
 @private
  Class isa;
  //refCounts
  SWIFT_HEAPOBJECT_NON_OBJC_MEMBERS;
}

• 在之前的文章中Swift-進階 02：類、對象、屬性，其中TargetAnyClassMetadata繼承自TargetHeapMetaData，其中只有一個屬性kind，TargetAnyClassMetadata有四個屬性：isa、superclass、cacheData、data即bits

所以swift為了保留和OC交互，其在底層存儲的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上和OC是一致的

• objc源碼中搜索swift_class_t，繼承自objc_class，保留了OC模板類的4個屬性，其次才是自己的屬性

struct swift_class_t : objc_class {
    uint32_t flags;
    uint32_t instanceAddressOffset;
    uint32_t instanceSize;
    uint16_t instanceAlignMask;
    uint16_t reserved;

    uint32_t classSize;
    uint32_t classAddressOffset;
    void *description;
    // ...

    void *baseAddress() {
        return (void *)((uint8_t *)this - classAddressOffset);
    }
};

問題：為什么繼承NSObject？：必須通過NSObject聲明，來幫助編譯器判斷，當前類是一個和OC交互的類

元類型、AnyClass、Self

AnyObject

• AnyObject：代表任意類的instance、類的類型、僅類遵守的協(xié)議

class CJLTeacher: NSObject {
    var age: Int = 18
}

var t = CJLTeacher()

//此時代表的就是當前CJLTeacher的實例對象
var t1: AnyObject = t

//此時代表的是CJLTeacher這個類的類型
var t2: AnyObject = CJLTeacher.self

//繼承自AnyObject，表示JSONMap協(xié)議只有類才可以遵守
protocol JSONMap: AnyObject { }

例如如果是結(jié)構(gòu)體遵守協(xié)議，會報錯

需要將struct修改成class

//繼承自AnyObject，表示JSONMap協(xié)議只有類才可以遵守
protocol JSONMap: AnyObject {
    
}
class CJLJSONMap: JSONMap {
    
}

Any

• Any：代表任意類型，包括 function類型 或者Optional類型,可以理解為AnyObject是Any的子集

//如果使用AnyObject會報錯，而Any不會
var array: [Any] = [1, "cjl", "", true]

AnyClass

• AnyClass：代表任意實例的類型 ，類型是AnyObject.Type

• 查看定義,是public typealias AnyClass = AnyObject.Type

T.self & T.Type

• T.self：

• 如果T是實例對象，返回的就是它本身

• 如果T是類，那么返回的是MetaData

• T.Type：一種類型，

• T.self 是 T.Type類型

//此時的self類型是  CJLTeacher.Type
var t = CJLTeacher.self

打印結(jié)果如下

• 查看t1、t2存儲的是什么？

var t = CJLTeacher()
//實例對象地址：實例對象.self 返回實例對象本身
var t1 = t.self
//存儲metadata元類型
var t2 = CJLTeacher.self

type(of:)

• type(of:)：用來獲取一個值的動態(tài)類型

<!--demo1-->
var age = 10 as NSNumber
print(type(of: age))

<!--打印結(jié)果-->
__NSCFNumber

<!--demo2-->
//value - static type 靜態(tài)類型：編譯時期確定好的
//type(of:) - dynamic type：Int
var age = 10
//value的靜態(tài)類型就是Any
func test(_ value: Any){
    
    print(type(of: value))
}

test(age)

<!--打印結(jié)果-->
Int

實踐

demo1

請問下面這段代碼的打印結(jié)果是什么？

class CJLTeacher{
    var age = 18
    var double = 1.85
    func teach(){
        print("LGTeacher teach")
    }
}
class CJLPartTimeTeacher: CJLTeacher {
    override func teach() {
        print("CJLPartTimeTeacher teach")
    }
}

func test(_ value: CJLTeacher){
    let valueType = type(of: value)
    value.teach()
    print(value)
}
var t = CJLPartTimeTeacher()
test(t)

<!--打印結(jié)果-->
CJLPartTimeTeacher teach
CJLTest.CJLPartTimeTeacher

demo2

請問下面代碼的打印結(jié)果是什么？

protocol TestProtocol {
    
}
class CJLTeacher: TestProtocol{
    var age = 18
    var double = 1.85
    func teach(){
        print("LGTeacher teach")
    }
}

func test(_ value: TestProtocol){
    let valueType = type(of: value)
    print(valueType)
}
var t = CJLTeacher()
let t1: TestProtocol = CJLTeacher()
test(t)
test(t1)

<!--打印結(jié)果-->
CJLTeacher
CJLTeacher

• 如果將test中參數(shù)的類型修改為泛型，此時的打印是什么？

func test<T>(_ value: T){
    let valueType = type(of: value)
    print(valueType)
}

<!--打印結(jié)果-->
CJLTeacher
TestProtocol

從結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，打印并不一致，原因是因為當有協(xié)議、泛型時，當前的編譯器并不能推斷出準確的類型，需要將value轉(zhuǎn)換為Any，修改后的代碼如下：

func test<T>(_ value: T){
    let valueType = type(of: value as Any)
    print(valueType)
}

<!--打印結(jié)果-->
CJLTeacher
CJLTeacher

demo3

在上面的案例中，如果class_getClassMethod中傳t.self，可以獲取方法列表嗎？

func test(){
    var methodCount: UInt32 = 0
    let methodList = class_copyMethodList(t.self, &methodCount)
    for i in 0..<numericCast(methodCount) {
        if let method = methodList?[i]{
            let methodName = method_getName(method)
            print("方法列表：\(methodName)")
        }else{
            print("not found method")
        }
    }

    var count: UInt32 = 0
    let proList = class_copyPropertyList(CJLTeacher.self, &count)
    for i in 0..<numericCast(count) {
        if let property = proList?[i]{
            let propertyName = property_getName(property)
            print("屬性成員屬性:\(property)")
        }else{
            print("沒有找到你要的屬性")
        }
    }
    print("test run")
}
test()

從結(jié)果運行看，并不能，因為t.self是實例對象本身，即CJLTeacher，并不是CJLTeacher.Type類型

總結(jié)

作為一個開發(fā)者，有一個學習的氛圍跟一個交流圈子特別重要，這是一個我的iOS開發(fā)交流群：130 595 548，不管你是小白還是大牛都歡迎入駐 ，讓我們一起進步，共同發(fā)展?。ㄈ簝?nèi)會免費提供一些群主收藏的免費學習書籍資料以及整理好的幾百道面試題和答案文檔?。?/strong>