swift-方法调用面试题两则

本文的探索基于swift 5.0，abi已经稳定相信这类底层问题变化的可能性不大。

题一

下方代码的输出：

protocol TestProtocol {
    func teach()
}
extension TestProtocol{
    func teach(){
        print("TestProtocol teach")
    }
}
class Teacher: TestProtocol{
    func teach(){
        print("Teacher teach")
    }
}

var t = Teacher()
let t1: TestProtocol = Teacher()
t.teach()
print(type(of: t))
t1.teach()
print(type(of: t1))

输出结果：

Teacher teach
Teacher
Teacher teach
Teacher

我也查看了调用堆栈，很难看出一些端倪，所以还是使用的sil来看看编译后的代码。可以通过该文来获取：swift-获取sil、ast编译中间产物文件

先解读一下sil

两个方法调用的sil

  //t.teach()
  %19 = class_method %16 : $Teacher, #Teacher.teach : (Teacher) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> () // user: %20
  %20 = apply %19(%16) : $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> ()
  //t1.teach()
  %23 = witness_method $@opened("8DDAC008-5636-11EB-B40C-FAFFC24337CB") TestProtocol, #TestProtocol.teach : <Self where Self : TestProtocol> (Self) -> () -> (), %22 : $*@opened("8DDAC008-5636-11EB-B40C-FAFFC24337CB") TestProtocol : $@convention(witness_method: TestProtocol) <τ_0_0 where τ_0_0 : TestProtocol> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // type-defs: %22; user: %24
  %24 = apply %23<@opened("8DDAC008-5636-11EB-B40C-FAFFC24337CB") TestProtocol>(%22) : $@convention(witness_method: TestProtocol) <τ_0_0 where τ_0_0 : TestProtocol> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // type-defs: %22

class_method

官方解释

根据类或类元类型实例的动态类型查找方法。简单说就是通过当前类的动态类型去函数表（sil_vtable）中查找对应方法实现。
sil_vtable
t.teach()的调用就是根据t的动态方法去函数表vtable中查找方法实现,看起来和协议关系都不大了。

witness_method

官方解释

查找受该协议约束的通用类对应的协议方法的实现。简单说就是：查找当前类在协议表sil_witness_table的实现
sil_witness_table（也就是大家常说的PWT）
t1.teach()的调用会调用到PWT中的协议方法（上图），最终依旧会通过class_method获取动态类型去调用函数表方法。

【小结】

两种调用方式最终都是通过class_method获取动态类型去调用函数表方法。所以调用结果是一致的。
t1：TestProtocol所以在编译期间的类型：TestProtocol，只有通过class_method等方式动态获取类型的时候才能确定类型为：Teacher

题目稍微一变：

protocol TestProtocol { }
extension TestProtocol{
    func teach(){
        print("TestProtocol teach")
    }
}
class Teacher: TestProtocol{
    func teach(){
        print("Teacher teach")
    }
}

var t = Teacher()
let t1: TestProtocol = Teacher()
t.teach()
print(type(of: t))
t1.teach()
print(type(of: t1))

输出结果：

Teacher teach
Teacher
TestProtocol teach
Teacher

what fuck？是不是和你想的不一样了为什么会这样呢？

查看sil文件

按照上面的思路来看看，发生了什么？

  //t0.teach()
  %19 = class_method %16 : $Teacher, #Teacher.teach : (Teacher) -> () -> (), $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> () // user: %20
  %20 = apply %19(%16) : $@convention(method) (@guaranteed Teacher) -> ()
  //t1.teach()
  %23 = function_ref @(extension in main):main.TestProtocol.teach() -> () : $@convention(method) <τ_0_0 where τ_0_0 : TestProtocol> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // user: %24
  %24 = apply %23<@opened("86C16076-5648-11EB-8602-FAFFC24337CB") TestProtocol>(%22) : $@convention(method) <τ_0_0 where τ_0_0 : TestProtocol> (@in_guaranteed τ_0_0) -> () // type-defs: %22

function_ref

简单说就是直接调用sil中已经确定的方法。
sil中的TestProtocol.teach() ，就是直接调用拓展方法。

看一下vtable,sil_witness_table情况

sil_vtable中是有teach方法的，所以t.teach()调用class_method是正常的。
调用t1.teach()，依旧会调用witness_method->class_method但是发现t的动态类型Teacher中sil_witness_table是空的，则直接调用协议中的默认实现，并没有走函数表调用。

【小结】

直接调用是在编译期间就已经确定的。
如果协议中是空的，无论extension中是否有默认实现，遵守该协议的类中sil_witness_table是空的。
t1在编译期间的类型：TestProtocol,依旧会走witness_method->class_method的流程，但是没有找到对应实现所以被优化了。这部分是通过sil和实际结果推测的，暂时没有找到证据,如果有知道的大神可以指教指教。

题二

protocol TestProtocol {
    func teach()
}

extension TestProtocol {
    func teach() {
        print("extension - teach")
    }
}

class Person:  TestProtocol { }

class Teach: Person {
    func teach() {
        print("Teach - teach")
    }
}

let t = Teach()
let t1:TestProtocol = Teach()
t.teach()
t1.teach()

执行后会输出什么呢?

Teach - teach
extension - teach

不知道和你脑中的结果一不一致？

sil文件

调用部分逻辑与题一一致。

t.teach() 对应class_method
t1.teach() 对应witness_method

witness_method

根据witness_method的特性，会调用到Teach的协议方法，而Teach这个类居然没有sil_witness_table。
查找到父类-Person的sil_witness_table->协议方法->function_ref->sil文件中的TestProtocol.teach()
最后使用直接调用协议的默认实现，而不是Teach类的函数表调用。

【小结】

在父类Person使用了协议的默认实现时，Teach类中的func teach()，可以不当做一个协议方法，而当做一个普通方法看待。
父类继承协议，子类实际上没有协议的"属性"，只是继承了父类的协议实现。

【总结】

在编译期间变量会被标记为静态类型,直到运行期间才会标记为真实类型.
编译期间被标记为协议的通用类型，在调用时会执行witness_method方法查找PWT来查找方法实现。