借汇编之力窥探String背后的数据结构奥秘

熟悉C++、java、VB等编程语言的朋友都知道String（字符串），它是编程语言中表示文本的数据类型，字符串由若干字符组成的，是全部编程语⾔中⾮常重要的成员。可能不少朋友平时只是使用它，没有仔细研究其中的奥秘。其实，字符串仍是有不少值得咱们深刻研究的地方

1、思考

 

在 Swift 开发使用字符串的过程当中，你是否有思考过如下问题？

 

- 1 个字符串变量占用多少内存？

- 字符串 str一、str2 的底层存储有什么不一样？

 

- 若是对 str一、str2 进行拼接操做，str一、str2 的底层存储又会发生什么变化？

 

 

若是你能准确地回答以上问题，那说明对 Swift 字符串的底层存储机制仍是比较了解的。

 2、1 个字符串变量占用多少内存？

 

方法 1：MemoryLayout

 

首先，能够借助 Swift 自带的 MemoryLayout 来测试一下

 

 

 方法 2：汇编

 

另外，咱们也能够借助一个强有力的底层分析助手—汇编语言，来窥探一下 String 的底层存储

 

- 实际上分析其余语法、系统库的底层，均可以借助汇编语言

  - 好比多态的原理、泛型的原理、Array 的底层、枚举的底层等等

  另外，不只仅是 Swift，C、C++、OC 的底层分析，依然能够借助汇编语言

  - 毕竟你写的每一行有效代码，最终都是要转成机器指令（0 和 1）

  - 而机器指令是跟汇编指令一一对应的，每一条机器指令都能翻译成与之对应的汇编指令

  - 能读懂汇编指令，就至关于能读懂机器指令，知道 CPU 具体在干吗（操做了什么寄存器，操做了哪块内存）

 

- 本教程的代码是直接跑在 Mac 的命令行（CommandLineTools）项目上

  - 所以展现的汇编代码是基于 X64 的 AT&T 格式汇编，并不是 iOS 真机设备的 ARM 汇编

  - 其实不一样种类的汇编之间有极大的类似性，只是有些指令的叫法不同

 

跟微软的 Visual Studio 同样，Xcode 也内置了很是方便的反汇编功能，能够轻松查看每一句代码对应的汇编指令，打开反汇编界面的步骤以下

 

- 在某一行须要调试的代码打上断点（反汇编界面会在断点调试状态下显示出来）

 

- 菜单：`Debug` > `Debug Workflow` > `Always Show Disassembly`

  - `Assembly` 译为汇编， `Disassembly` 译为反汇编

 

-   运行程序，看到反汇编界面

 

若是你的反汇编经验十足，根据第 1六、17 行的汇编就能够推敲出来，String 是占用 16 个字节

 

- 由于它用了 rax、rdx 寄存器存放字符串 str 的内容，而 rax、rdx 都是 8 字节的

汇编的内容太多了，由于时间和篇幅关系，文章里并不会对每一句汇编指令进行详细地讲解，更多的是想说明汇编的重要性。

 3、字符串的底层存储

 

窥探内存

 

此前我写了个能够窥探 Swift 变量内存的小工具：https://github.com/CoderMJLee/Mems

 

- 如今用它来窥探下字符串的 16 字节里面，究竟存储着什么数据

 

- `Mems.memStr(ofVal:)` 默认状况下按照 8 个字节一组来显示内存数据

 

- 传递参数 `alignment: .one` 是按照 1 个字节一组来显示内存数据

 

 

 

 

字符 '0'~'9' 的 ASCII 值是 0x30~0x39，认真观察最初 str1 的 16 个字节数据，你发现了什么？

 

- 它直接将全部字符的 ASCII 值存储在 str1 的 16 字节中

 

- 最后 1 个字节 0xea 中的 0xa 就是字符的数量，也是共 10 个字符

拼接

 

 

能够发现，当对 str1 进行拼接 "ABCDE" 的时候

- 它最终是将 "0123456789ABCDE"十五个字符的 ASCII 值都存储在了 str1 的 16 字节中

- 最后 1 个字节 0xef 中的 0xf 就是字符的数量，也是共 15 个字符

- 能够看得出来，目前 16 个字节已经存满了，那若是再拼接 1 个字符呢？

 

 

 

 

能够看到，str1 里面存储的数据发生了很是大的变化，每个字符的 ASCII 值不见了，

- 那里面的 16 字节具体是什么含义呢？

- 全部字符（'0'~'9'、'A' 到 'F'）的 ASCII 值又存到哪去了呢？

其余状况

若是一开始初始化的时候（未拼接以前），字符串的内容就是超过 15 个字符呢？

 

 

相信你能猜到是这个结果

- 这 16 个字节里面并无出现任何一个字符的 ASCII 值

- 并且这 16 个字节跟 `第27行的str1` 仍是有所区别

  - 虽然它们的字符串内容都是"0123456789ABCDEF"

 

若是对 str2 进行拼接操做

 

 

 

不难发现：这时 str2 的 16 字节又发生了变化，跟 `第27行的str1` 是有点类似的

如何解决上述疑问？

上述的种种疑问，光看打印出来的内存数据是没法解决的，可是均可以利用【！！！汇编！！！】来解决，分析汇编指令，立马就得出结论，由于文章的篇幅有限，平时工做也比较忙，我把上述问题的详细剖析过程录制成了长达 2 个多小时的视频，有兴趣的朋友能够用 1.5~2 倍速度观看

- 连接：https://pan.baidu.com/s/1AkS3K1ZKP8zyxhlhLRaBkA

- 提取码：kzrk

- 视频对于没有汇编基础的朋友来讲，可能会有点难度，最好挑一个头脑清醒的时间去观看

- 看完视频后，但愿你们可以确切地感觉到汇编语言的重要性，不要永远只停留在编写高级语言代码、沉迷于语法糖的层面。

 4、最后

咱们作的这么多，固然不只仅是为了窥探字符串的底层。同数据结构与算法同样，汇编绝对是助你程序生涯更进一步的必备良方。不只如此，掌握这些能力，你还能玩转软件破解、游戏外挂，这是我此前⽤【汇编\C++】编写的⼀个游戏外挂：https://github.com/CoderMJLee/SeemygoPVZCheater

 

在编程领域，字符串只是如同茫茫宇宙中的一颗行星，眇小而又伟大。等待咱们发掘探索的东西还有不少。在将来，互联网还有更多领域须要编程完成。时代进步，软件也突飞猛进的发展，不学习就等于倒退，就会被时代淘汰。对程序员⽽⾔，惟有不断的探索学习更多技术，才能在这⽚领域中纵横遨游。

若是你想提高本身的能力、升职加薪、突破瓶颈，那必定要学习更多有关汇编及数据结构与算法等相关信息。若是想要深刻了解，欢迎添加个人微信19950277730，这里不只有与编程界大牛面对面的机会，更有⽆数免费编程技巧和技术提高秘籍，咱们期待与您共同进步。