Swift的异质值类型数组是如何工作的？

Question

我是一个C++程序员，刚从Swift开始。我看了Dave的WWCD “Swift中面向协议的编程”，我对创建一个受协议约束的值类型的异构数组的方式很感兴趣。

为了使用视频中的示例，给出了一个协议Drawable和两个实现该协议的结构：

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Diagram定义为包含Drawable的数组

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

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

我的问题是，这个异构的elements数组到底是如何在幕后工作的？由于Drawable的各种实现在大小上可能有所不同，我看不出如何在内存中的高效数组中部署它们。这是否意味着这样一个“协议数组”实际上正在使用每个元素的堆分配和表下的动态/虚拟函数调用？

Answer 1

我对同样的事情很好奇，虽然我没有足够的时间去彻底了解它的真相。不过，我想我已经得到了一些近似的价值放置在这里作为一个答案。

首先，这是来自Jason的文章，它提供了一些提示，说明了它是如何在幕后工作的(不仅对于Swift，而且对于Objective和其他语言也是如此)。

第二，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)

..。并通过执行LLVM IR将其编译成swiftc -emit-ir unveil.swift > unveil.ir，然后我就可以找到与简单的fooArray.append(Bar())对应的以下IR代码

%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__)

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

此外，类似于IR，我可以获得相同Swift线的程序集，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_

..。同样，上述操作指针，所以这证实了理论。

最后，在swift/include/swift/SIL/中可以找到SIL标头SILWitnessVisitor.h和swift.org的SIL报头，它们都表示相同。

实际上，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(阅读classes)在Swift的引擎盖下并没有太大的不同。可能主要的区别在于，在强制或不强制的情况下是否复制。