Swift中enum、struct、class、protocol都有对应的metadata。
metadata用来描述上述这些类型本身，这点和OC的元类有点类似。
1 直观感受 metadata
假设用下面代码定义了一个enum:
enum Direction {case topcase leftcase bottomcase right
}
经过编译链接之后，上面的enum Direction以及对应的metadata都写入到了对应的Mach-O文件中。
假设编译链接之后的Mach-O文件名为A，那么，使用下面命令就可以查看enum Direction以及对应metadata的位置:
nm -n A | xcrun swift-demangle | grep -i Direction
nm 命令读取Mach-O中的所有符号信息。
swift-demangle对已经mangle的swift符号名进行demangle。
输出的结果如下:
000000000001e004 s _symbolic _____ 7iOSTest9DirectionO
0000000000020820 s full type metadata for iOSTest.Direction
0000000000020830 S type metadata for iOSTest.Direction
第1列的数字代表对应项在Mach-O文件中的偏移。
输出的第1行的符号名7iOSTest9DirectionO有点怪。
这是因为swift-demangle没有彻底demangle干净，我们再次手动demangle下:
xcrun swift-demangle s7iOSTest9DirectionO
注意我们在符号名字前加了一个小写字母s。
Swift会在mangle名前加一个字母s，代表Swift。
再次demangle的输出结果为:
$s7iOSTest9DirectionO ---> iOSTest.Direction
可以看到，它正是enum Direction本身，位于0x1e004。
输出第3行可以看到enum Direction的metadata位于0x20830。
输出的第2行还有一个full type metadata，这是什么呢？
在Swift里，一个类型的metadata前面根据类型的不同，会有一些其他数据。
其中任何类型都有一个数据是value witness table指针。
value witness table是Swift用来管理类型的生命周期，比如怎么复制、怎么销毁。
可以看到，所谓的full type metadata就是「其他数据」+对应的type metadata。
而我们平时使用的.self语法，得到的就是metadata本身:
(lldb) p unsafeBitCast(Direction.self, to: UnsafeRawPointer.self)
(UnsafeRawPointer) 0x100adc830
(lldb) p/x 0x100adc830 - 0x0000000100abc000
(Int) 0x0000000000020830
从上面lldb的输出看到，经过ASLR的调整，Direction.self的位置正是0x20830。
2 Any 的 metadata
Any是一个protocol，如下面输出:
(lldb) p Any.self
(Any.Protocol) Any
Any还是一个空协议组合，表示「没有任何要求」。
而「没有任何要求」是任何类型都满足的，这也是任何类型都能转成Any的原因。
2.1 Any metadata 的定义
Any的metadata定义为:
/// stdlib/public/runtime/metadata.cpp
/// The standard metadata for Any.
const FullMetadata<ExistentialTypeMetadata> swift::
METADATA_SYM(ANY_MANGLING) = {{ &OpaqueExistentialValueWitnesses_0 }, // ValueWitnessesExistentialTypeMetadata(ExistentialTypeFlags() // Flags.withNumWitnessTables(0).withClassConstraint(ProtocolClassConstraint::Any).withHasSuperclass(false).withSpecialProtocol(SpecialProtocol::None)),
};
上面的定义准确的说，是Any的full metadata。
定义中的FullMetadata是一个C++结构体，定义为：
/// swift/ABI/metadata.htemplate <class T> struct FullMetadata : T::HeaderType, T {...
};
其中模版参数T = ExistentialTypeMetadata。
我们手动代入后，FullMetadata的完整定义为:
struct FullMetadata : ExistentialTypeMetadata::HeaderType, ExistentialMetadata {...
};
从上面代码可以看到，FullMetadata是多重继承。
一部分继承自ExistentialTypeMetadata::HeaderType。
一部分继承ExistentialTypeMetadata。
要想弄清楚ExistentialTypeMetadata::HeaderType，首先得看下ExistentialTypeMetadata的定义:
/// stdlib/public/runtime/metadata.cppusing ExistentialTypeMetadata= TargetExistentialTypeMetadata<InProcess>;
从代码上可以看到，ExistentialTypeMetadata实际上是TargetExistentialTypeMetadata<InProcess>。
接着看TargetExistentialTypeMetadata的定义:
/// swift/ABI/metadata.htemplate <typename Runtime>
struct TargetExistentialTypeMetadata: TargetMetadata<Runtime>,swift::ABI::TrailingObjects<TargetExistentialTypeMetadata<Runtime>,ConstTargetMetadataPointer<Runtime, TargetMetadata>,TargetProtocolDescriptorRef<Runtime>> {using HeaderType = TargetTypeMetadataHeaderBase<Runtime>;...public:using StoredPointer = typename Runtime::StoredPointer;/// The number of witness tables and class-constrained-ness of the type.ExistentialTypeFlags Flags;/// The number of protocols.uint32_t NumProtocols;...
};
从代码里可以看到，TargetExistentialTypeMetadata同样是多重继承。
一部分继承自TargetMetadata。
一部分继承自swift::ABI::TrailingObjects。
swift::ABI::TrailingObjects结构体没有任何实例变量，可以先不用关心。
swift::ABI::TrailingObjects的定义如下:
/// swift/ABI/TrailingObjects.hemplate <typename BaseTy, typename... TrailingTys>
class swift_ptrauth_struct_derived(BaseTy) TrailingObjects: private trailing_objects_internal::TrailingObjectsImpl<trailing_objects_internal::AlignmentCalcHelper<TrailingTys...>::Alignment,BaseTy, TrailingObjects<BaseTy, TrailingTys...>,BaseTy, TrailingTys...> {...
};
我们继续回到TargetExistentialTypeMetadata结构体上来。
TargetExistentialTypeMetadata内部定义了HeaderType:
using HeaderType = TargetTypeMetadataHeaderBase<Runtime>;
从定义上看，TargetExistentialTypeMetadata::HeaderType实际上是TargetTypeMetadataHeaderBase。
呜~~~
现在，FullMetadata完整定义可以重写为:
struct FullMetadata : TargetTypeMetadataHeaderBase, TargetExistentialTypeMetadata {...
};
2.2 内存布局
有了继承关系，就可以画出full metadata的内存布局。
2.2.1 ValueWitness
ValueWitness就是value witness table指针，8字节。
2.2.2 Kind
Kind 是一个标识符，代表了当前是什么类型，8字节。
Kind的定义为:
/// swift/ABI/MetadataValues.henum class MetadataKind : uint32_t {
#define METADATAKIND(name, value) name = value,
#define ABSTRACTMETADATAKIND(name, start, end) \name##_Start = start, name##_End = end,
#include "MetadataKind.def"LastEnumerated = 0x7FF,
};
注意看，这里的MetadataKind是32bit的，而Kind本身是8字节的。
之所以这么设计，是因为如果一个class可以与OC交互，此时Kind要当成isa指针看待。
完整的Kind定义在文件MetadaKind.def中。
常见的Kind如下:
// 纯 Swift 类
class - 0x0
struct - 0x200
enum - 0x201
optional - 0x202
opaqual - 0x300
tuple - 0x301
existential - 0x303
2.2.3 Flags
Flags是一个C++类，定义如下:
/// swift/ABI/MetadataValues.hclass ExistentialTypeFlags {
public:typedef uint32_t int_type;private:enum : int_type {NumWitnessTablesMask = 0x00FFFFFFU,ClassConstraintMask = 0x80000000U, // Warning: Set if NOT class-constrained!HasSuperclassMask = 0x40000000U,SpecialProtocolMask = 0x3F000000U,SpecialProtocolShift = 24U,};int_type Data;
它里面只有一个实例变量Data，占用4字节32bit。
2.3.4 numOfProtocols
numOfProtocols占用4字节。