[筆記] Swift深入淺出常見語法 – Static vs Dynamic Dispatch

Dispatch Method的背景知識，已經有點跳脫寫程式的範疇，所以改以機器的角度來思考，會比較好理解。開始之前，我們先記著一個原則：函式 (function) 會被記在記憶體中，同時會被派發一個位址(Address或指針 Pointer)，我們稱為「函式位址」，而派發位址來呼叫函式的方法，就叫做Dispatch Method。其中分為靜態派發(Static)與動態派發(Dynamic)。

• 靜態：直接給定函式位址
• 動態：透過其他資訊取得函式位址

比喻

今天小S跟大D兩位工程師，收到Matchbox總公司的Email，指派要到「同一間子公司的同一個部門」出差開會，而他們的 Email內容包含的資訊有，小S：子公司名稱、子公司地址、部門樓層位置。大D：只收到子公司的名稱與部門名稱。請問誰最能輕鬆抵達會議現場？顯然是小S。大D要先查到子公司的地址、再問接待人員部門在哪個樓層。

靜態派發，就類似小S收到的Email內容，CPU會在compile-time就提供精準的函式位址。而動態派發，則需要在runtime時，透過額外的流程，才能拿到函式位址。由此可知 => Static 效率 > Dynamic 效率

Dynamic Dispatch

動態派發一般只發生在Reference Type（如 Class），主要原因是「Inheritance 繼承」。Value Types並不支持繼承。另外還有在實現「Polymorphism 多型」時，也會透過動態派發。動態派發有以下兩種類型：

Table Dispatch

此類型會運用一個Table (witness table or virtual table)，代表著某個Class的函式位址陣列。每個Class會有自己的一個表，如果是繼承父類的Subclass，也會包含Overridden與自己的functions。

Compiler在Runtime時，會先讀取特定類的表以取得函式位址，再跳轉呼叫函式。因此額外執行了兩次讀與跳轉，加上執行在runtime，編譯器無法對其進行優化，這也是效率會比靜態來得差的原因。

要呼叫function 2的整個流程就是：讀取物件 0xC00 的函式表 -> 讀取取得 function 2的位址 (0x222) -> 跳轉至 0x222 執行

Message Dispatch

Message也應用了Table，但會以Tree的方式來呈現不同層級關係。

Swift中的派發方式

範例

// 1. Value Type (Struct): All Static Dispatch
struct Person {
    func isHungry() -> Bool { } // Static
}
extension Person {
    func sayHello() -> String { } // Static
}

// 2. Protocol: Table & Static
protocol Animal {
    func isCute() -> Bool { } // Table
}
extension Animal {
    func canGetAngry() -> Bool { } // Static
}

// 3. Class
class Dog: Animal {
    func isCute() -> Bool { } // Table
    // add @objc & dynamic keyword
    @objc dynamic func hoursSleep() -> Int { } // Table -> Message
}
extension Dog {
    func canBite() -> Bool { } // Static
    // add @objc keyword
    @objc func goWild() { } // Static -> Message
}
// add final keyword
final class Employee {
    func canCode() -> Bool { } // Table -> Static 
}

參考資料：

1. Static vs Dynamic Dispatch in Swift: A decisive choice
2. Static Dispatch Over Dynamic Dispatch
3. Method Dispatch in Swift | Static | Dynamic | Message
4. Static and Dynamic Dispatch