通过汇编揭开String中数据结构神秘面纱

Posted 2020-11-29

String（字符串），是编程语言中表示文本的数据类型。接触编程的你一定每天都会见到。那看似渺小的string（字符串），里面到底还隐藏着多少的秘密？大家平时天天使用的东西，你真的了解它吗？可能平时很多人并不会深入研究它，如果你的能力还不错，不妨看看下面几个问题。要是对他们还存在困惑，那恭喜你，你找到了你要提升的方向。
?、思考
在 Swift 开发使?字符串的过程中，你是否有思考过以下问题？
1 个字符串变量占?多少内存？
字符串 str1、str2 的底层存储有什么不同？
如果对 str1、str2 进?拼接操作，str1、str2 的底层存储?会发?什么变化？

如果你能准确地回答以上问题，那说明对 Swift 字符串的底层存储机制还是?较了解的。
?、1 个字符串变量占?多少内存？

?法 1：MemoryLayout
?先，可以借助 Swift ?带的 MemoryLayout 来测试?下
?法 2：汇编
另外，我们也可以借助?个强有?的底层分析助?—汇编语?，来窥探?下 String 的底层存储实际上分析其他语法、系统库的底层，都可以借助汇编语?

?如多态的原理、泛型的原理、Array 的底层、枚举的底层等等
另外，不仅仅是 Swift，C、C++、OC 的底层分析，依然可以借助汇编语?
毕竟你写的每??有效代码，最终都是要转成机器指令（0 和 1）
?机器指令是跟汇编指令??对应的，每?条机器指令都能翻译成与之对应的汇编指令
能读懂汇编指令，就相当于能读懂机器指令，知道 CPU 具体在?嘛（操作了什么寄存器，操作了哪块内存）
本教程的代码是直接跑在 Mac 的命令?（CommandLineTools）项?上
因此展示的汇编代码是基于 X64 的 AT&T 格式汇编，并? ios 真机设备的 ARM 汇编其实不同种类的汇编之间有极?的相似性，只是有些指令的叫法不?样
跟微软的 Visual Studio ?样，Xcode 也内置了?常?便的反汇编功能，可以轻松查看每?句代码对应的汇编指令，打开反汇编界?的步骤如下
在某??需要调试的代码打上断点（反汇编界?会在断点调试状态下显示出来）

菜单： Debug >

译为汇编，

译为反汇编

运?程序，看到反汇编界?

如果你的反汇编经验??，根据第 16、17 ?的汇编就可以推敲出来，String 是占? 16 个字节因为它?了 rax、rdx 寄存器存放字符串 str 的内容，? rax、rdx 都是 8 字节的
汇编的内容太多了，因为时间和篇幅关系，?章?并不会对每?句汇编指令进?详细地讲解，更多的是 想说明汇编的重要性。
三、字符串的底层存储

窥探内存
此前我写了个可以窥探 Swift 变量内存的??具：https://github.com/CoderMJLee/Mems 现在?它来窥探下字符串的 16 字节??，究竟存储着什么数据
默认情况下按照 8 个字节?组来显示内存数据

传递参数

是按照 1 个字节?组来显示内存数据

字符 ‘0‘~‘9‘ 的 ASCII 值是 0x30~0x39，认真观察最初 str1 的 16 个字节数据，你发现了什么？
它直接将所有字符的 ASCII 值存储在 str1 的 16 字节中
最后 1 个字节 0xea 中的 0xa 就是字符的数量，也是共 10 个字符
拼接

可以发现，当对 str1 进?拼接 "ABCDE" 的时候
它最终是将 "0123456789ABCDE"?五个字符的 ASCII 值都存储在了 str1 的 16 字节中最后 1 个字节 0xef 中的 0xf 就是字符的数量，也是共 15 个字符
可以看得出来，?前 16 个字节已经存满了，那如果再拼接 1 个字符呢？
可以看到，str1 ??存储的数据发?了?常?的变化，每?个字符的 ASCII 值不?了， 那??的 16 字节具体是什么含义呢？
所有字符（‘0‘~‘9‘、‘A‘ 到 ‘F‘）的 ASCII 值?存到哪去了呢？
其他情况
如果?开始初始化的时候（未拼接之前），字符串的内容就是超过 15 个字符呢？
相信你能猜到是这个结果
这 16 个字节??并没有出现任何?个字符的 ASCII 值

?且这 16 个字节跟

还是有所区别

虽然它们的字符串内容都是"0123456789ABCDEF" 如果对 str2 进?拼接操作

不难发现：这时 str2 的 16 字节?发?了变化，跟
如何解决上述疑问？

是有点相似的

上述的种种疑问，光看打印出来的内存数据是?法解决的，但是都可以利?【！！！汇编！！！】来解 决，分析汇编指令，??就得出结论，因为?章的篇幅有限，平时?作也?较忙，我把上述问题的详细 剖析过程录制成了?达 2 个多?时的视频，有兴趣的朋友可以? 1.5~2 倍速度观看
链 接 ：https://pan.baidu.com/s/1AkS3K1ZKP8zyxhlhLRaBkA 提取码：kzrk
视频对于没有汇编基础的朋友来说，可能会有点难度，最好挑?个头脑清醒的时间去观看
看完视频后，希望?家能够确切地感受到汇编语?的重要性，不要永远只停留在编写?级语?代 码、沉迷于语法糖的层?

四、最后
其实，通过汇编探索String底层，并不只是为了研究字符串，我们更希望你通过汇编提升自己的编程能力。不只是汇编，数据结构与算法也是助你程序生涯更进一步的必备宝典。不仅如此，掌握这些能力，你还能玩转软件破解、外挂，这是我此前?【汇编C++】编写的?个外挂：https://github.com/CoderMJLee/SeemygoPVZCheat er可能有人会说，我现在不需要接触这些，也能够完成工作。没错，如果你只是安于现状，大可不必多费精力折磨自己。但是，如果你想提升自己能力，突破自我，汇编完全可以助你在编程领域更上一层楼，绝对是你在突破自我道路上的一把利器。不过，如今的软件技术发展迅猛，不提升自己，就会落后。技术落后和技术不精的开发者，是一定会被市场所淘汰。高端的编程人员才是企业真正争夺的香饽饽，唯有不断的探索学习更多技术，才能在这?领域中站稳脚跟。总之，你自己决定你会成为哪一类人，你的高度也由你自己决定。
听到这里，如果你对汇编、数据结构与算法等编程技巧愈发感兴趣，欢迎你加?我们的大家庭，×××：×××。在这?你可以得到和IT界名师一对一交流的机会。让我们共同进步，起航扬帆。