彙編高手帶你玩轉字符串，快上車！

字符串(String)是由數字、字母、下劃線組成的一串字符，一般記爲 s=“a1a2•••an”(n>=0)。字符串主要用於編程，概念說明、函數解釋，它是編程語言中表示文本的數據類型。在程序設計中，字符串（string）爲符號或數值的一個連續序列，如符號串（一串字符）或二進制數字串（一串二進制數字）。
一、思考

在 Swift 開發使用字符串的過程中，你是否有思考過以下問題？

• 1 個字符串變量佔用多少內存？

• 字符串 str1、str2 的底層存儲有什麼不同？
  

• 如果對 str1、str2 進行拼接操作，str1、str2 的底層存儲又會發生什麼變化？
  

如果你能準確地回答以上問題，那說明對 Swift 字符串的底層存儲機制還是比較瞭解的。

二、1 個字符串變量佔用多少內存？

方法 1：MemoryLayout

首先，可以藉助 Swift 自帶的 MemoryLayout 來測試一下

方法 2：彙編

另外，我們也可以藉助一個強有力的底層分析助手—彙編語言，來窺探一下 String 的底層存儲

• 實際上分析其他語法、系統庫的底層，都可以藉助彙編語言

  • 比如多態的原理、泛型的原理、Array 的底層、枚舉的底層等等

• 另外，不僅僅是 Swift，C、C++、OC 的底層分析，依然可以藉助彙編語言

  • 畢竟你寫的每一行有效代碼，最終都是要轉成機器指令（0 和 1）
  • 而機器指令是跟彙編指令一一對應的，每一條機器指令都能翻譯成與之對應的彙編指令
  • 能讀懂彙編指令，就相當於能讀懂機器指令，知道 CPU 具體在幹嘛（操作了什麼寄存器，操作了哪塊內存）
• 本教程的代碼是直接跑在 Mac 的命令行（CommandLineTools）項目上
  • 因此展示的彙編代碼是基於 X64 的 AT&T 格式彙編，並非 iOS 真機設備的 ARM 彙編
  • 其實不同種類的彙編之間有極大的相似性，只是有些指令的叫法不一樣

跟微軟的 Visual Studio 一樣，Xcode 也內置了非常方便的反彙編功能，可以輕鬆查看每一句代碼對應的彙編指令，打開反彙編界面的步驟如下

• 在某一行需要調試的代碼打上斷點（反彙編界面會在斷點調試狀態下顯示出來）

• 菜單：Debug > Debug Workflow > Always Show Disassembly

  • Assembly 譯爲彙編， Disassembly 譯爲反彙編
    

• 運行程序，看到反彙編界面

如果你的反彙編經驗十足，根據第 16、17 行的彙編就可以推敲出來，String 是佔用 16 個字節

• 因爲它用了 rax、rdx 寄存器存放字符串 str 的內容，而 rax、rdx 都是 8 字節的

彙編的內容太多了，因爲時間和篇幅關係，文章裏並不會對每一句彙編指令進行詳細地講解，更多的是想說明彙編的重要性。

三、字符串的底層存儲

窺探內存

此前我寫了個可以窺探 Swift 變量內存的小工具：https://github.com/CoderMJLee/Mems

• 現在用它來窺探下字符串的 16 字節裏面，究竟存儲着什麼數據

• Mems.memStr(ofVal:) 默認情況下按照 8 個字節一組來顯示內存數據

• 傳遞參數 alignment: .one 是按照 1 個字節一組來顯示內存數據

  
  字符 '0'~'9' 的 ASCII 值是 0x30~0x39，認真觀察最初 str1 的 16 個字節數據，你發現了什麼？

• 它直接將所有字符的 ASCII 值存儲在 str1 的 16 字節中

• 最後 1 個字節 0xea 中的 0xa 就是字符的數量，也是共 10 個字符

拼接

可以發現，當對 str1 進行拼接 "ABCDE" 的時候

• 它最終是將 "0123456789ABCDE"十五個字符的 ASCII 值都存儲在了 str1 的 16 字節中

• 最後 1 個字節 0xef 中的 0xf 就是字符的數量，也是共 15 個字符

• 可以看得出來，目前 16 個字節已經存滿了，那如果再拼接 1 個字符呢？

可以看到，str1 裏面存儲的數據發生了非常大的變化，每一個字符的 ASCII 值不見了，

• 那裏面的 16 字節具體是什麼含義呢？

• 所有字符（'0'~'9'、'A' 到 'F'）的 ASCII 值又存到哪去了呢？

其他情況

如果一開始初始化的時候（未拼接之前），字符串的內容就是超過 15 個字符呢？

相信你能猜到是這個結果

• 這 16 個字節裏面並沒有出現任何一個字符的 ASCII 值
• 而且這 16 個字節跟 第27行的str1 還是有所區別
  • 雖然它們的字符串內容都是"0123456789ABCDEF"

如果對 str2 進行拼接操作

不難發現：這時 str2 的 16 字節又發生了變化，跟 第27行的str1 是有點相似的

如何解決上述疑問？

上述的種種疑問，光看打印出來的內存數據是無法解決的，但是都可以利用【！！！彙編！！！】來解決，分析彙編指令，立馬就得出結論，因爲文章的篇幅有限，平時工作也比較忙，我把上述問題的詳細剖析過程錄製成了長達 2 個多小時的視頻，有興趣的朋友可以用 1.5~2 倍速度觀看

• 鏈接：https://pan.baidu.com/s/1AkS3K1ZKP8zyxhlhLRaBkA

  • 提取碼：kzrk

• 視頻對於沒有彙編基礎的朋友來說，可能會有點難度，最好挑一個頭腦清醒的時間去觀看

• 看完視頻後，希望大家能夠確切地感受到彙編語言的重要性，不要永遠只停留在編寫高級語言代碼、沉迷於語法糖的層面。

  四、最後
  人們經常認爲彙編語言的應用範圍很小，而忽視它的重要性。其實彙編語言對每一個希望學習計算機科學與技術的人來說都是非常重要的，是不能不學習的語言。
  彙編能給你帶來的價值遠遠不止這篇文章所說的窺探字符串的底層，對你的程序生涯影響絕對是終生受益的（數據結構與算法也是如此）。學會彙編後，你在用高級語言編程時會更瞭解機器到底做了什麼，可以通過修改高級語言的代碼來提高算法所不能提高的效率。
  不僅如此，你還能玩轉軟件破解、開外掛等。
  
  IT技術的發展日新月異，新技術層出不窮，具有良好的學習能力，能及時獲取新知識、隨時補充和豐富自己，已成爲程序員職業發展的核心競爭力。
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