借彙編之力窺探String背後的數據結構奧祕

熟悉C++、java、VB等編程語言的朋友都知道String（字符串），它是編程語言中表示文本的數據類型，字符串由若干字符組成的，是全部編程語⾔中⾮常重要的成員。可能不少朋友平時只是使用它，沒有仔細研究其中的奧祕。其實，字符串仍是有不少值得咱們深刻研究的地方。
⼀、思考
在 Swift 開發使⽤字符串的過程當中，你是否有思考過如下問題？
1 個字符串變量佔⽤多少內存？
字符串 str一、str2 的底層存儲有什麼不一樣？
若是對 str一、str2 進⾏拼接操做，str一、str2 的底層存儲⼜會發⽣什麼變化？

若是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仍是⽐較瞭解的。
⼆、1 個字符串變量佔⽤多少內存？

⽅法 1：MemoryLayout
⾸先，能夠藉助 Swift ⾃帶的 MemoryLayout 來測試⼀下
⽅法 2：彙編
另外，咱們也能夠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餘語法、系統庫的底層，均可以藉助彙編語⾔

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，不只僅是 Swift，C、C++、OC 的底層分析，依然能夠藉助彙編語⾔
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，就至關於能讀懂機器指令，知道 CPU 具體在⼲嘛（操做了什麼寄存器，操做了哪塊內存）
本教程的代碼是直接跑在 Mac 的命令⾏（CommandLineTools）項⽬上
所以展現的彙編代碼是基於 X64 的 AT&T 格式彙編，並⾮ iOS 真機設備的 ARM 彙編其實不一樣種類的彙編之間有極⼤的類似性，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，能夠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以下
在某⼀⾏須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 >

譯爲彙編，

譯爲反彙編

運⾏程序，看到反彙編界⾯

若是你的反彙編經驗⼗⾜，根據第 1六、17 ⾏的彙編就能夠推敲出來，String 是佔⽤ 16 個字節由於它⽤了 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，由於時間和篇幅關係，⽂章⾥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。
3、字符串的底層存儲

窺探內存
此前我寫了個能夠窺探 Swift 變量內存的⼩⼯具：https://github.com/CoderMJLee/Mems 如今⽤它來窺探下字符串的 16 字節⾥⾯，究竟存儲着什麼數據
默認狀況下按照 8 個字節⼀組來顯示內存數據

傳遞參數

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？
它直接將全部字符的 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

能夠發現，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
能夠看得出來，⽬前 16 個字節已經存滿了，那若是再拼接 1 個字符呢？
能夠看到，str1 ⾥⾯存儲的數據發⽣了⾮常⼤的變化，每⼀個字符的 ASCII 值不⻅了， 那⾥⾯的 16 字節具體是什麼含義呢？
全部字符（'0'~'9'、'A' 到 'F'）的 ASCII 值⼜存到哪去了呢？
其餘狀況
若是⼀開始初始化的時候（未拼接以前），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 個字節⾥⾯並無出現任何⼀個字符的 ASCII 值

⽽且這 16 個字節跟

仍是有所區別

雖然它們的字符串內容都是"0123456789ABCDEF" 若是對 str2 進⾏拼接操做

不難發現：這時 str2 的 16 字節⼜發⽣了變化，跟
如何解決上述疑問？

是有點類似的

上述的種種疑問，光看打印出來的內存數據是⽆法解決的，可是均可以利⽤【！！！彙編！！！】來解 決，分析彙編指令，⽴⻢就得出結論，由於⽂章的篇幅有限，平時⼯做也⽐較忙，我把上述問題的詳細 剖析過程錄製成了⻓達 2 個多⼩時的視頻，有興趣的朋友能夠⽤ 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講，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，但願⼤家可以確切地感覺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

4、最後
咱們作的這麼多，固然不只僅是爲了窺探字符串的底層。同數據結構與算法同樣，彙編絕對是助你程序生涯更進一步的必備良方。不只如此，掌握這些能力，你還能玩轉軟件破解、外掛，這是我此前⽤【彙編\C++】編寫的⼀個外掛：https://github.com/CoderMJLee/SeemygoPVZCheat er
在編程領域，字符串只是如同茫茫宇宙中的一顆行星，眇小而又偉大。等待咱們發掘探索的東西還有不少。在將來，互聯網還有更多領域須要編程完成。時代進步，軟件也突飛猛進的發展，不學習就等於倒退，就會被時代淘汰。對程序員⽽⾔，惟有不斷的探索學習更多技術，才能在這⽚領域中縱橫遨遊。若是你想提高本身的能力、升職加薪、突破瓶頸，那必定要學習更多有關彙編及數據結構與算法等相關信息。若是想要深刻了解，歡迎××××××，這裏不只有與編程界大牛面對面的機會，更有⽆數免費編程技巧和技術提高祕籍，咱們期待與您共同進步。