存在容器与符合协议的结构体实例的关系

Question

我正在尝试了解如何找到协议方法的实现。

我知道 Swift 使用存在容器在堆栈内存中进行固定大小的存储，它管理如何在内存中描述 struct 的实例。它有一个价值见证 Table (VWT) 和协议见证 Table (PWT)

VWT 知道如何管理结构实例中的实际值（它们的生命周期），PWT 知道协议方法的实现。

但我想知道结构实例与“存在容器”之间的关系。

struct 的实例是否有指向存在容器的指针？

struct 的实例如何知道其存在的容器？

Answer 1

我的理解：

Struct 不知道存在 container/value witness table/protocol witness table 在哪里，编译器知道。如果某处需要，编译器将它们传递给那里。

Answer 2

前言：我不知道你有多少背景知识，所以我可能会过度解释以确保我的答案清楚。

此外，我正在尽我所能，凭记忆。我可能会混淆一些细节，但希望这个答案至少可以让您进一步阅读。

另请参阅：

https://github.com/apple/swift/blob/main/docs/SIL.rst#id201

在 Swift 中，协议可以“作为一种类型”使用，或作为通用约束使用。后一种情况如下所示：

protocol SomeProtocol {}
struct SomeConformerSmall: SomeProtocol {
    // No ivars
}
struct SomeConformerBig: SomeProtocol {
    let a, b, c, d, e, f, g: Int // Lots of ivars
}

func fooUsingGenerics<T: SomeProtocol>(_: T) {}

let smallObject = SomeConformerSmall()
let bigObject = SomeConformerBig()

fooUsingGenerics(smallObject)
fooUsingGenerics(bigObject)

该协议在编译时用作类型检查的约束，但在运行时（大部分情况下）没有什么特别的事情发生。大多数时候，编译器会生成 foo 函数的单态变体，就像您定义了 fooUsingGenerics(_: SomeConformerSmall) 或 fooUsingGenerics(_: SomeConformerBig) 一样。

当协议“像类型一样使用”时，它看起来像这样：

func fooUsingProtcolExistential(_: SomeProtocol) {}

fooUsingGenerics(smallObject)
fooUsingGenerics(bigObject)

如您所见，可以使用 smallObject 和 bigObject 调用此函数。问题是这两个对象的大小不同。这是一个问题：如果参数的大小可以不同，编译器如何知道需要为该函数的参数分配多少堆栈 space？它必须做些事情来帮助 fooUsingProtcolExistential 适应这一点。

现有容器是解决方案。当您在需要协议类型的地方传递一个值时，Swift 编译器将生成代码，自动为您将该值装箱到“存在容器”中。按照目前的定义，存在容器的大小为 4 个字：

第一个词是指向协议见证的指针Table（稍后会详细介绍）
接下来的三个字是值的内联存储。

当存储的值小于 3 个字时（例如 SomeConformerSmall），该值直接内联打包到 3 个字的缓冲区中。如果该值的大小超过 3 个字（例如 SomeConformerSmall），则会在堆上分配一个 ARC 管理的框，并将该值复制到那里。然后将指向此框的指针复制到存在容器的第一个字中（最后两个字未使用，IIRC）。

这引入了一个新问题：假设 fooUsingProtcolExistential 想要将其参数转发给另一个函数。它应该如何通过 EC？ fooUsingProtcolExistential 不知道 EC 是否包含内联值（在这种情况下，通过 EC 只需要复制其 4 个内存字），或堆分配（在这种情况下，通过 EC 还需要一个ARC 保留在该堆分配的缓冲区上）。

为了解决这个问题，协议见证 Table 包含一个指向价值见证 Table (VWT) 的指针。每个 VWT 都定义了一组标准的函数指针，定义了如何分配、复制、删除 EC 等。每当需要以某种方式操纵存在的协议时，VWT 都会准确定义如何操作。

所以现在我们有了一个固定大小的容器（它解决了我们的异类大小参数传递问题），以及一种移动容器的方法。我们实际上可以用它做什么？

至少，此协议类型的值必须至少定义协议定义的必需成员（初始化程序、属性（存储或计算）、函数和下标）。

但是每个符合的类型可能以不同的方式实现这些成员。例如。某些结构可能通过直接定义方法来满足方法要求，但另一个 class 可能通过从 superclass 继承方法来满足它。有些人可能将属性实现为存储的属性，其他人将其实现为计算的属性，等等

处理这些不兼容性是 Protocol Witness Table 的主要目的。每个协议一致性都有一个这些表（例如，一个用于 SomeConformerSmall，一个用于 SomeConformerBig）。它们包含一组函数指针，指向协议要求的实现。虽然指向的功能可能在不同的地方，但 PWT 的布局是一致的，因为协议是符合的。因此，fooUsingProtcolExistential 能够查看 EC 的 PWT，并使用它来查找协议方法的实现，并调用它。

简而言之：

一个 EC 包含一个 PWT 和一个值（内联或间接）
PWT 指向 VWT

存在容器与符合协议的结构体实例的关系

Relation between Existential Container and struct instance which conform protocol

existential-type

method-dispatch

swift