Swift Type metadata

Swift는 실행 시 정보를 보존하는 메커니즘Type metadata이 있습니다.자주 사용하는 것은 아니지만 Swift의 작동 시간을 이해하는 데 중요한 요소입니다.
이 글은 컴파일러의 코드와 문서에서 찾아낸 Type metadata를 간단하게 설명한다.

Type metadata란

Swift 실행 시 유지되는 유형 정보입니다.비상규class,struct,enum는 컴파일할 때 정적이지만 비상규형과 함수형, 원조 등non-nominal형은 실행할 때 동적으로 제작된다.
이거Type metadata에서

가 이 유형의 유형enum인지 struct

인지

class(조작 유형에 사용되는 함수 그룹)

유형 매개 변수

모듈 라벨

등의 메시지를 남겼다.금형의 종류에 따라 배치도 대폭 다르기 때문에 하나하나 읽는 것을 추천합니다문서.

Swift에서 ValueWitnessTable 처리

그러면 Type metadata를 사용하여 Swift에서 클래스 실례 크기를 얻으세요.Type metadata에서 목표 정보를 얻으려면 이 정보가 메타데이터의 메모리 레이아웃에 있는 위치를 알아야 한다.참조swift/TypeMetadata.rst 재현 메모리 레이아웃은 다음과 같습니다.

struct ClassMetadata {
    let isaPointer: Int
    let superClass: Any.Type
    let objcRuntimeReserved1: Int
    let objcRuntimeReserved2: Int
    let rodataPointer: Int
    let classFlags: Int32
    let instanceAddressPoint: Int32
    let instanceSize: Int32
}

그럼, 메모리의 표현을 알았으니까Type metadata 실제로 시도해 보세요.
SwiftType metadata는 이 유형의 인스턴스Metatype에 대한 포인터입니다.일단 Type metadata로 포인터형 배역을 해보자.

class Cat {}
let catType: Cat.Type = Cat.self
MemoryLayout.size(ofValue: Cat.self) // 8
let metadataPointer = unsafeBitCast(catType, to: UnsafePointer<ClassMetadata>.self)
let metadata = metadataPointer.pointee
print(metadata.instanceSize) // 16

필요한 인스턴스 크기 확보
그러나 이 방법으로unsafeBitCast의 메타데이터를 얻으려 해도 순조롭지 않다.

struct Stone {}
let stoneType: Stone.Type = Stone.self
MemoryLayout.size(ofValue: Stone.self) // 0
let metadataPointer = unsafeBitCast(stoneType, to: UnsafePointer<StructMetadata>.self)
let metadata = metadataPointer.pointee // Crash! :bomb: 

제대로 사용하려면struct 조금 더 알아야 할 것 같아요.

Thin Metatype

Type metadata의 원형 사이즈가 0이 된 원인을 찾기 위해 원형 컴파일러를 만드는 코드를 읽으십시오.
swift/MetadataRequest.cpp

/// Emit a metatype value for a known type.
void irgen::emitMetatypeRef(IRGenFunction &IGF, CanMetatypeType type,
                            Explosion &explosion) {
  switch (type->getRepresentation()) {
  case MetatypeRepresentation::Thin:
    // Thin types have a trivial representation.
    break;

  case MetatypeRepresentation::Thick:
    explosion.add(IGF.emitTypeMetadataRef(type.getInstanceType()));
    break;

  case MetatypeRepresentation::ObjC:
    explosion.add(emitClassHeapMetadataRef(IGF, type.getInstanceType(),
                                           MetadataValueType::ObjCClass,
                                           MetadataState::Complete));
    break;
  }
}

유형의 표현 방법이 struct일 때 운행 시간 정보를 출력하지 않습니다.그럼, 무엇이 있습니까?
swift/Types.h

enum class MetatypeRepresentation : char {
  /// A thin metatype requires no runtime information, because the
  /// type itself provides no dynamic behavior.
  ///
  /// Struct and enum metatypes are thin, because dispatch to static
  /// struct and enum members is completely static.
  Thin,
  /// A thick metatype refers to a complete metatype representation
  /// that allows introspection and dynamic dispatch. 
  ///
  /// Thick metatypes are used for class and existential metatypes,
  /// which permit dynamic behavior.
  Thick,
  /// An Objective-C metatype refers to an Objective-C class object.
  ObjC
};

스위프트의 메타 유형은 Thick, Thin, ObjC 세 가지로 나뉜다.

Thin

MetatypeRepresentation::Thin, MetatypeRepresentation 등 정적 결정 행위의 유형

Thick

struct 등 동적 행위의 유형

ObjC

Objective-C의 유형

Thin형은 정태적으로 행동거지를 결정하기 때문에 운행 시간 정보가 필요 없고 원형의 사이즈는 0이다.이것은 enum원 유형을 얻는 데 실패한 이유다.

protocol Animal {
    static func kind() -> String
}
struct Cat {
    static func kind() -> String {
        return "猫"
    }
}

let catType: Cat.Type = Cat.self // Thin
let animalType: Animal.Type = Cat.self // Thick
animalType.kind() // 猫

다른 한편, 상기 예에서 보듯이 원 유형의 하위 유형을 통해 Thin형을 Thick형에 대입할 수 있다.
또한 class의 정확한 조작으로 인해 Existential의 원형에는 실제 원형이 보존되어 있다.Existential Metatype을 통해서도 씽형struct을 받을 수 있다는 것이다.

Existential Metatype container

Existential Metatype container는 Existential Metatype이 실행될 때 표현되는 것으로 Existential container의 메타데이터 버전과 유사합니다.내부에는 실제 유형의 실례 animalType.kind() 와 위니스 테이블을 가리키는 바늘이 저장되어 있습니다.
swift/GenExistential.cpp

struct ExistentialMetatypeContainer<Metadata> {
    let metadata: UnsafePointer<Metadata>
    let witnessTable: UnsafePointer<WitnessTable>
}

방금 실패한 Type metadata 메타데이터를 가져오려면 이것을 사용하십시오.

struct StructMetadata {
    let kind: Int
}
protocol Animal {}
struct Cat: Animal {}

let animalType: Animal.Type = Cat.self
let metatypeContainer = unsafeBitCast(animalType, to: ExistentialMetatypeContainer<StructMetadata>.self)
metatypeContainer.metadataPointer.pointee.kind // 1

왜냐하면 struct metadata의kind는 1이니까. 목적을 순조롭게 얻었다Type metadata.
하지만 이 방법에는 문제가 하나 있다.일부 프로토콜을 준수하지 않으면 메타데이터를 얻으려는 Thin형을 Existential Metatype container로 압축할 수 없습니다.

Any.Type

그러나 우리는 모든 종류의supertypestruct을 가지고 있다.게다가 애니는 non-nominal이기 때문에 Thick형으로 사용하고 운행시간 정보를 유지했다.

struct Stone {}
let stoneType: Any.Type = Stone.self
let metadataPointer = unsafeBitCast(stoneType, to: UnsafePointer<StructMetadata>.self)
let metadata = metadataPointer.pointee
metadata.kind // 1

이렇게 안전(?)Type metadata 획득 방법 설정

총결산

Any는 실제로Server Side Swift의 프레임 Zewo 등에 사용 Swift 언어 기능을 확장할 수 있는 환상적인 정보원이다.다른 한편, 문서를 만들지 못한 부분이 많아 수정할 수도 있다.사용 시 테스트 등 대책을 꼼꼼히 써야 한다.
신나게 Type metadata 놀아라.

참고 자료

swift/TypeMetadata.rst · apple/swift