这是重识 Objective-C Runtime系列文章的其中一篇：

• 重识 Objective-C Runtime - Smalltalk 与 C 的融合
• 重识 Objective-C Runtime - 看透 Type 与 Value
• 重识 Objective-C Runtime - 何为对象何为类
• 重识 Objective-C Runtime - Calling Conventions
• 重识 Objective-C Runtime - 能写完上面的就不错了

看透 Type 与 Value

对于 C 语言来说，Type 就个比较虚幻的东西，它唯一的目的便是让编译器知道一段数据的长度，来决定如何存取，举个例子：

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int i = 123;
char c = (char)i;

这段代码声明了一个 int 类型的变量和一个 char 类型的变量，有初始化和类型强转过程，在 x86_64 架构下，这两行代码的汇编如下：

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movl $123, -4(%rbp)
movl -4(%rbp), %eax
movb %al, %cl
movb %cl, -5(%rbp)

汇编看起来混乱，但却能最真实的反映出程序的运行过程，逐行解释下：

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movl $123, -4(%rbp)

move 指令就是简单的值拷贝，这条指令中出现的 movl 表示按低 32 位的长度来拷贝（也就是一个 int 的长度），与之相似的还有 8 位的 movb（char）、16 位的 movw (short)、64 位的 movq (long in 64) 等；$123 即字面常量值；-4(%rbp) 代表 base pointer - 栈基地址寄存器，偏移 4 字节的位置。这个指令执行后内存如下所示：

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movl -4(%rbp), %eax

将刚才 4 字节长度内存赋值给 %eax 寄存器，它是最常用的通用寄存器之一，名为 accumulator，在 64 位架构下，rax 表示这个寄存器的完全体，eax 表示它的低 32 位，ax 表示低 16 位，ah 表示第 8~16 位，al 表示最低的 8 位。这样抠门的设计一部分因为兼容历史的 32 架构，一方面也是为了更充分利用寄存器这个宝贵的资源：

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movb %al, %cl

按 8 位长度 (char) 将 a 寄存器的最低 8 位移动到 c 寄存器（count register）的低 8 位。这一个指令就在做 int 到 char 的类型转换，把 123 存在寄存器的低 32 位上，再把寄存器的最低 8 位取出来，相当于把 00000000000000000000000001111011 截断成了 01111011。

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movb %cl, -5(%rbp)

最后，再把刚才的结果按 8 字节的长度拷贝到 %rbp 偏移 5 的位置，完成这个 char 类型栈变量的赋值：

因此，对于 C 这种静态语言，Type 信息只用于编译器解析，除了静态检查外还影响生成：

1. 相应长度的指令 (是 movq、movl 还是 movb ?)
2. 寄存器长度的选用（是 rax、eax 还是 al ?）
3. 栈变量内存大小的确定，也可以说是 sp 的位置（ sp 表示 Stack Pointer， 它和 Base Pointer 配合管理栈内存的分配与回收，所谓“分配”栈内存只是用如 subq $32, %rsp 的指令将 sp 向低地址移动）

然而，对于动态语言，Type 不仅在编译期起到上述作用，还需要保留到运行时，让动态调用得以实现，被称作 Type Encodings，对于 Objective-C 所有 Type 的编码，都可以在这个官方文档中查到，里面的编码和用 @encode() 生成的一致，比如：

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@encode(int) => "i"
@encode(float) => "f"
@encode(id) => "@"
@encode(SEL) => ":"
@encode(CGRect) => "{CGRect={CGPoint=dd}{CGSize=dd}}" // 64

Objective-C Class 中每个实例变量的 Type 信息全部被编码，Runtime 也提供了 ivar_getTypeEncoding 来访问。
同时，为支持消息的转发和动态调用，Objective-C Method 的 Type 信息也被以 “返回值 Type + 参数 Types” 的形式组合编码，还需要考虑到 self 和 _cmd 这两个隐含参数：

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- (void)foo; => "v@:"
- (int)barWithBaz:(double)baz; => "iv@:d"

注：上面的方法的 Encoding 使用新的格式，旧的格式中包含调用栈大小和布局信息，如 i24@0:8i16i20，表示调用栈帧共 24 字节大小，后面每个参数跟着的数字表示该参数在调用栈的偏移值，在 x86_64 和 ARM 成为主流后，调用的 Calling Conventions 发生巨大变化，开始借助寄存器传参，所以在“参数压栈”时代的这种编码方式逐渐被废弃。

方法的编码可以使用 method_getTypeEncoding 获取，在 Cocoa 层，被 NSMethodSignature 封装，并提供了一些便捷的解析方法。

多说一句，纯 Swift 声称自己是静态的语言，因为在编译后，任何结构都会被 Name Mangling 压缩成一个符号，比如下面的方法：

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class Sark {
    func foo(bar: Int) -> Int {
        return bar;
    }
}

经过 Name Mangling 的符号是 _TFC12TestSwift4Sark3foofT3barSi_Si，虽然把结构都拍扁了，但该有的信息都在，Module、Class、Method、参数和返回值类型等，按照一定的格式进行了编码，感兴趣可以看这篇文章。

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