Swift的异构值类型数组如何工作？

Question

我是一名刚开始使用Swift的C++程序员.我观看了Dave Abrahams的WWCD演讲"Swift中的协议定向编程",我对可以创建受协议约束的异构数组类型的方式感到好奇.

要使用视频中的示例,给定一个协议Drawable和两个实现它的结构:

protocol Drawable {
    func draw(renderer: Renderer) // Renderer is another protocol
}

struct Circle : Drawable {
    func draw(renderer: Renderer) {
        // Implementation
    }
}

struct Rectangle : Drawable {
    func draw(renderer: Renderer) {
        // Implementation
    }
}

可以将a定义Diagram为包含Drawables 数组

struct Diagram : Drawable {
    var elements: [Drawable] = []

    func draw(renderer: Renderer) {
        for e in elements {
            e.draw(renderer);
        }
    }
}

我的问题是,这个异构elements数组究竟是如何在封面下工作的？由于各种实现的Drawable大小可能不同,我无法看到它们如何在内存中的高效数组中布局.这是否意味着这样的"协议数组"实际上是在表面下使用每元素堆分配和动态/虚函数调用？

Answer 1

我对此也很好奇，尽管我没有足够的时间来完全了解它的真相。尽管如此，我认为我已经得到了一些近似的价值，可以放置在这里作为答案。

首先，Jason Bell 的这篇文章提供了一些关于幕后工作原理的提示（不仅适用于 Swift，还适用于 Objective-C 和其他语言）。

其次，如果我采用这个简单的程序：

protocol Foo { }

struct Bar: Foo { }

var fooArray = [Foo]()

fooArray.append(Bar())
fooArray.append(Bar())
fooArray.append(Bar())

let arrayElement = fooArray[0]

print(arrayElement)

LLVM IR...然后通过这样做将其编译成swiftc -emit-ir unveil.swift > unveil.ir然后我可以找出IR与简单相对应的以下代码fooArray.append(Bar())：

%15 = getelementptr inbounds %P6unveil3Foo_* %3, i32 0, i32 1
store %swift.type* bitcast (i64* getelementptr inbounds ({ i8**, i64, { i64, i8*, i32, i32, i8*, %swift.type** (%swift.type*)*, %swift.type_pattern*, i32, i32, i32 }*, %swift.type* }* @_TMfV6unveil3Bar, i32 0, i32 1) to %swift.type*), %swift.type** %15, align 8
%16 = getelementptr inbounds %P6unveil3Foo_* %3, i32 0, i32 2
store i8** getelementptr inbounds ([0 x i8*]* @_TWPV6unveil3BarS_3FooS_, i32 0, i32 0), i8*** %16, align 8
%17 = getelementptr inbounds %P6unveil3Foo_* %3, i32 0, i32 0
call void @_TFV6unveil3BarCfMS0_FT_S0_()
%18 = bitcast %P6unveil3Foo_* %3 to %swift.opaque*
call void @_TFSa6appendurfRGSaq__Fq_T_(%swift.opaque* noalias nocapture %18, %swift.type* %14, %Sa* nocapture dereferenceable(8) @_Tv6unveil8fooArrayGSaPS_3Foo__)

在这里你可以找到 LLVM IR 语法，但对我来说，上面的意思是 Swift 数组实际上是指针数组。

另外，与 类似IR，我可以访问同一 Swift 行的程序集，即：

leaq    __TWPV6unveil3BarS_3FooS_(%rip), %rax
leaq    __TMfV6unveil3Bar(%rip), %rcx
addq    $8, %rcx
movq    %rcx, -56(%rbp)
movq    %rax, -48(%rbp)
callq   __TFV6unveil3BarCfMS0_FT_S0_
leaq    __Tv6unveil8fooArrayGSaPS_3Foo__(%rip), %rdx
leaq    -80(%rbp), %rax
movq    %rax, %rdi
movq    -160(%rbp), %rsi
callq   __TFSa6appendurfRGSaq__Fq_T_

...再次，上面操作了指针，从而证实了该理论。

最后，可以从swift.org找到SIL 标头SILWitnessTable.h，表明同样的情况。SILWitnessVisitor.hswift/include/swift/SIL/

事实上，我想（我希望真正知道他在说什么的人会在这里权衡）值类型（例如structs）和引用类型（读classes）在 Swift 的引擎盖下并没有太大的不同。可能主要区别在于是否强制执行写入时复制。