汇编深刻分析inout本质

本文首发于我的博客

前言

关于输入输出参数inout 在Swift之函数一文中，咱们已经有了初步的认识。如今咱们再继续深刻了解一下

输入输出参数

• 说了形参只能是let，可是若是咱们想再内部修改外部实参的值，能够用 inout 定义输入输出参数

例如

func swapValues(_ v1: inout Int, _ v2: inout Int) {
        let tmp = v1
        v1 = v2
        v2 = tmp
        //前面三行也能够换成  (v1, v2) = (v2, v1) 效果同样
    }
    
     var num1 = 10
     var num2 = 20
     swapValues(&num1, &num2)
    print("num1 = \(num1), num2 = \(num2)")
       
     输出： num1 = 20, num2 = 10 
        
复制代码

注意点:

• 可变参数不能标记为inout
• inout参数不能有默认值
• inout参数的本质是地址传递(引用传递)
• inout参数只能传入能够被屡次赋值的

准备代码

inout 是地址传递，对于不一样的状况具体怎么传递呢？汇编拨开云雾

以下代码，表示等边的多边形，其中width表示边长，side表示多边形边长数量 girth表示周长，咱们知道 周长 = 边长 * 边数

struct Shape {
    // 宽、边长
    var width: Int
    // 边的数量
    var side: Int {
        willSet {
            print("willSetSide", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSetSide", oldValue, side)
        }
    }
    // 周长
    var girth: Int {
        set {
            // 边长 = 周长 / 边数
            width = newValue / side
            print("setGirth", newValue)
        }
        get {
            print("getGirth")
            // 周长 = 边长 * 边数
            return width * side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
        
    }
}


func test(_ num: inout Int) {
 	print("test");
    num = 8
}
复制代码

inout 修改存储属性

先看打印结果

以下代码

struct Shape {
    // 宽、边长
    var width: Int
    // 边的数量
    var side: Int {
        willSet {
            print("willSetSide", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSetSide", oldValue, side)
        }
    }
    // 周长
    var girth: Int {
        set {
            // 边长 = 周长 / 边数
            width = newValue / side
            print("setGirth", newValue)
        }
        get {
            print("getGirth")
            // 周长 = 边长 * 边数
            return width * side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
        
    }
}


func test(_ num: inout Int) {
 	print("test");
    num = 8
}

var s = Shape(width: 10, side: 4)
test(&s.width) //这里打断点
s.show()
复制代码

打印结果为

test
getGirth
width=8, side=4, girth=32
复制代码

其中getGirth这句打印是由于后面的show方法须要获取girth的值，若是咱们去掉最后一句,只有以下代码

var s = Shape(width: 10, side: 4)
test(&s.width)
复制代码

输出为

test
复制代码

汇编分析

在上面代码中的 test(&s.width)这一句打断点

关键代码为

//全局变量0x44be(%rip)的地址给寄存器rdi，rdi是全局变量s的地址
 0x100000fbb <+107>: leaq   0x44be(%rip), %rdi        ; testSwift.s : testSwift.Shape

// 调用test函数，其中rdi做为参数传入
0x100000fc2 <+114>: callq  0x100001930               ; testSwift.test(inout Swift.Int) -> () at main.swift:44
复制代码

小结

把属性s.width的地址值传递过去，进行修改

• 全局变量0x44be(%rip)的地址给寄存器rdi，rdi是全局变量s的地址

• 调用test函数，其中rdi做为参数传入

• 为何咱们代码中写的是 s.width ，但汇编传入的是s的地址呢？

  • 由于，width做为结构体的第一个属性变量，它的地址就是结构体s的地址

• 为何rdi是做为参数呢？

  • 汇编总结中咱们知道 rdi、rsi、rdx、rcx、r八、r9等寄存器经常使用于存放函数参数。

inout 修改带有属性观察器的存储属性

分析

首先分析一下，应该和前面存储属性不同的，由于若是直接修改存储属性side的值，那怎么调动属性观察器的方法willSet和didSet呢？，

struct Shape {
    // 宽、边长
    var width: Int
    // 边的数量
    var side: Int {
        willSet {
            print("willSetSide", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSetSide", oldValue, side)
        }
    }
    // 周长
    var girth: Int {
        set {
            // 边长 = 周长 / 边数
            width = newValue / side
            print("setGirth", newValue)
        }
        get {
            print("getGirth")
            // 周长 = 边长 * 边数
            return width * side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
        
    }
}
func test(_ num: inout Int) {
    print("test");
    num = 8
}
var s = Shape(width: 10, side: 4)

test(&s.side) //这里打断点
复制代码

输出

test
willSetSide 8
didSetSide 4 8
复制代码

查看汇编

关键汇编代码分析

//全局变量0x44e4(%rip)的地址给寄存器rdi，地址是testSwift.Shape + 8也就是size的地址
0x100000f9d <+109>: movq   0x44e4(%rip), %rax        ; testSwift.s : testSwift.Shape + 8

//size的地址给局部变量-0x28(%rbp)
0x100000fa4 <+116>: movq   %rax, -0x28(%rbp)

//局部变量-0x28(%rbp)的值给寄存器 %rdi
0x100000fa8 <+120>: leaq   -0x28(%rbp), %rdi

//调用test函数，寄存器 %rdi做为参数传入
0x100000fac <+124>: callq  0x100001930               ; testSwift.test(inout Swift.Int) -> () at main.swift:44

//此时已经修改完了局部变量 -0x28(%rbp)对应的值 并把局部变量 -0x28(%rbp)的值传给rdi,
0x100000fb1 <+129>: movq   -0x28(%rbp), %rdi
0x100000fb5 <+133>: leaq   0x44c4(%rip), %r13        ; testSwift.s : testSwift.Shape


//从截图中也能够看到此时%rdi里面是8，也就是 test函数中的  num = 8
0x100000fbc <+140>: callq  0x100001240               ; testSwift.Shape.side.setter : Swift.Int at <compiler-generated>
复制代码

testSwift.Shape.side.setter函数中，调用side.willset 和 side.didset

小结

对于带有属性观察器的存储属性size

• 首先把size的地址放在一个局部变量中
• 而后调用test方法，把局部变量的值修改
• 再把局部变量传入到setter方法中，真正的修改计算属性size

inout 修改计算属性girth

分析

首先分析一下，应该和前面存储属性不同的，由于计算属性girth没有本身的内存地址，

struct Shape {
    // 宽、边长
    var width: Int
    // 边的数量
    var side: Int {
        willSet {
            print("willSetSide", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSetSide", oldValue, side)
        }
    }
    // 周长
    var girth: Int {
        set {
            // 边长 = 周长 / 边数
            width = newValue / side
            print("setGirth", newValue)
        }
        get {
            print("getGirth")
            // 周长 = 边长 * 边数
            return width * side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
        
    }
}
func test(_ num: inout Int) {
    print("test");
    num = 8
}
var s = Shape(width: 10, side: 4)

test(&s.girth) //这里打断点
复制代码

输出

getGirth
test
setGirth 8
复制代码

查看汇编

汇编分析

关键汇编代码分析

// 调用testSwift.Shape.girth.getter 方法，返回值放在rax中
0x100000fab <+123>: callq  0x100001580               ; testSwift.Shape.girth.getter : Swift.Int at main.swift:33

// 把getter的返回值放在 局部变量-0x28(%rbp)中
0x100000fb0 <+128>: movq   %rax, -0x28(%rbp)

//局部变量-0x28(%rbp)的地址值 放在寄存器rdi
0x100000fb4 <+132>: leaq   -0x28(%rbp), %rdi

//寄存器rdi的地址值传到testSwift.test函数中，进行修改
0x100000fb8 <+136>: callq  0x100001930               ; testSwift.test(inout Swift.Int) -> () at main.swift:44

// 局部变量-0x28(%rbp)的值，传到寄存器rdi中
0x100000fbd <+141>: movq   -0x28(%rbp), %rdi


0x100000fc1 <+145>: leaq   0x44b8(%rip), %r13        ; testSwift.s : testSwift.Shape

// 寄存器rdi里面放的是局部变量-0x28(%rbp)的值 传入到Shape.girth.setter中
0x100000fc8 <+152>: callq  0x1000012f0               ;  testSwift.Shape.girth.setter : Swift.Int at main.swift:28
复制代码

小结

由于计算属性自己没有地址值，因此过程略显复杂

对于inout修改计算属性girth

• 首先调用getter方法，把返回值放在一个局部变量中
• 而后调用test方法，把局部变量的值修改
• 再把局部变量传入到setter方法中，真正的修改计算属性girth

总结

针对本文代码的总结

输入输出参数inout 本质就是引用传递，也就是地址传递，根据传过来的地址，修改对应的值。针对不一样的状况，其余处理不一样，

• 普通存储属性，直接把地址值传过来修改就能够了。
• 对于inout带有属性观察器的存储属性size
  • 首先把size的地址放在一个局部变量中
  • 而后调用test方法，把局部变量的值修改
  • 再把局部变量传入到setter方法中，真正的修改计算属性size
• 对于inout修改计算属性girth
  • 首先调用getter方法，把返回值放在一个局部变量中
  • 而后调用test方法，把局部变量的值修改
  • 再把局部变量传入到setter方法中，真正的修改计算属性girth

针对inout的总结

• 若是实参有物理内存地址，且没有设置属性观察器
  • 直接将实参的内存地址传入函数（实参进行引用传递）
  • 若是实参是计算属性 或者 设置了属性观察器
• 采起了Copy In Copy Out的作法
  • 调用该函数时，先复制实参的值，产生副本【get】
  • 将副本的内存地址传入函数（副本进行引用传递），在函数内部能够修改副本的值
  • 函数返回后，再将副本的值覆盖实参的值【set】
• 总结：inout的本质就是引用传递（地址传递）

参考资料:

Swift官方源码

从入门到精通Swift编程

更多资料，欢迎关注我的公众号，不定时分享各类技术文章。