使用lldb探索trait object的结构

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trait object

rust中支持了静态派发(static dispatch)和动态派发(dynamic dispatch)两种方式

静态派发指的是具体调的函数，在编译阶段就能确定下来，静态派发通过泛型来完成。对于不同的泛型类型参数，编译器通过单态化(monomorphization)生成不同的函数实现，在编译阶段就确定了应该调用哪个函数。动态派发指的是具体调用哪个函数，在执行阶段才能确定。它通过 trait object 来完成。trait object类似golang中的interface，本质上是个胖指针，它可以指向不同的类型，从而动态地选择调用的方法

下面这张图展示了trait object在rust内部是如何表示的，图片来自这里

trait object

trait object的底层其实就是一个由两个word组成的fat pointer。其中，一个指针指向数据本身，另一个则指向虚函数表（vtable）。vtable 是一张静态表，rust 在编译时会给使用了 trait object 的类型的 trait 实现生成一张表，放在可执行文件中（一般位于 RODATA 段）

vtable中所包含的信息有：

  • destructor：当trait object被释放，用来释放其使用的所有资源
  • size：类型的大小
  • align：类型对齐方式
  • methods：trait中方法在具体类型中的实现

lldb调试

待调试的代码如下

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trait Trait {
    fn foo(&self);
}

impl Trait for i32 {
    fn foo(&self) {
        println!("i32")
    }
}

fn main() {
    let t: &dyn Trait = &100;
    t.foo()
}

执行lldb ./target/debug/lldb 进入调试

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(lldb) target create "./target/debug/deps/lldb-2bf0ba3510ca81ff"
Current executable set to './target/debug/deps/lldb-2bf0ba3510ca81ff' (x86_64).
(lldb) l
   11   fn main() {
   12       let t: &dyn Trait = &100;
   13       t.foo()
   14   }
(lldb) b 12
Breakpoint 1: where = lldb-2bf0ba3510ca81ff`lldb::main::h83faa1216f9a9c91 + 8 at main.rs:12:25, address = 0x00000001000014e8

在第12行设置了断点之后可以用run命令启动程序，启动后它将在断点处停止

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(lldb) run
Process 53222 launched: '/Users/caelansar/Rust/rs-playground/target/debug/deps/lldb-2bf0ba3510ca81ff' (x86_64)
Process 53222 stopped
* thread #1, name = 'main', queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = breakpoint 1.1
    frame #0: 0x00000001000014e8 lldb-2bf0ba3510ca81ff`lldb::main::h83faa1216f9a9c91 at main.rs:12:25
   9    }
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   11   fn main() {
-> 12       let t: &dyn Trait = &100;
   13       t.foo()
   14   }
Target 0: (lldb-2bf0ba3510ca81ff) stopped.
(lldb) n
Process 53222 stopped
* thread #1, name = 'main', queue = 'com.apple.main-thread', stop reason = step over
    frame #0: 0x00000001000014fe lldb-2bf0ba3510ca81ff`lldb::main::h83faa1216f9a9c91 at main.rs:13:5
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   11   fn main() {
   12       let t: &dyn Trait = &100;
-> 13       t.foo()
   14   }
Target 0: (lldb-2bf0ba3510ca81ff) stopped.
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(lldb) p t
(&dyn lldb::Trait) $0 = {
  pointer = 0x000000010003b284
  vtable = 0x0000000100040238
}

如之前所说，trait object由一个指向实际数据的point和vtable组成。继续验证pointer的内容：

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(lldb) x/g t.pointer
0x10003b284: 0x0000000000000064
(lldb) x/ug t.pointer
0x10003b284: 100

可以看到这里打印的100正是在代码let t: &dyn Trait = &100中创建trait object时对应的值

接着对vtable进行验证：

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(lldb) x/4ag t.vtable
0x100040238: 0x0000000100001640 lldb-2bf0ba3510ca81ff`core::ptr::drop_in_place$LT$i32$GT$::h79b95ab35a5e7b63 at mod.rs:490
0x100040240: 0x0000000000000004
0x100040248: 0x0000000000000004
0x100040250: 0x00000001000014a0 lldb-2bf0ba3510ca81ff`_$LT$i32$u20$as$u20$lldb..Trait$GT$::foo::head3fb833b4fb39d at main.rs:6

这四个地址中的内容分别表示：

内容 表示
0x0000000100001640 i32 drop方法地址
0x0000000000000004 i32大小，为4
0x0000000000000004 i32的对齐，为4
0x00000001000014a0 i32实现的foo方法地址