一五鲫、Swift指針

1.Swift指針簡介

swift中的指針分為兩類

• typed pointer 指定數(shù)據(jù)類型指針雏掠，即 UnsafePointer<T>,其中T表示泛型

• raw pointer 未指定數(shù)據(jù)類型的指針（原生指針） 侧但，即UnsafeRawPointer

swift與OC指針對比如下：

2.使用

2.1 raw pointer

注： 對于raw pointer夺谁，其內(nèi)存管理是手動管理的，指針在使用完畢后需要手動釋放

// 定義一個未知類型的的指針p础芍，分配32字節(jié)大小的空間灸叼，8字節(jié)對齊
let p = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 32, alignment: 8)

// 存儲數(shù)據(jù)
for i in 0..<4 {
    p.storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
}

// 讀取數(shù)據(jù)
for i in 0..<4 {
    // 從首地址開始偏移讀取
    let value = p.load(fromByteOffset: i * 8, as: Int.self)
    print("index: \(i) value: \(value)")
}

// 釋放內(nèi)存
p.deallocate()

//index: 0 value: 4
//index: 1 value: -5764607523034234880
//index: 2 value: 4461297666
//index: 3 value: 668503133614176

從運行結(jié)果中可以看到神汹，這并不是我們想要的結(jié)果，這也是我們平常在使用的時候需要特別注意的古今。因為我們在讀取的時候是從指針首地址進行不斷的偏移讀取的屁魏，但是存儲的時候卻都是存儲在了首地址，所以存儲的時候也要進行偏移捉腥。修改后的代碼如下：

// 定義一個未知類型的的指針p氓拼，分配32字節(jié)大小的空間，8字節(jié)對齊
let p = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 32, alignment: 8)

// 存儲數(shù)據(jù)
for i in 0..<4 {
//    p.storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
    // 修改后（每次存儲的位置都有增加抵碟，也就是偏移）
    p.advanced(by: i * 8).storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
}

// 讀取數(shù)據(jù)
for i in 0..<4 {
    // 從首地址開始偏移讀取
    let value = p.load(fromByteOffset: i * 8, as: Int.self)
    print("index: \(i) value: \(value)")
}

// 釋放內(nèi)存
p.deallocate()


//index: 0 value: 1
//index: 1 value: 2
//index: 2 value: 3
//index: 3 value: 4

allocate 源碼

/// Allocates uninitialized memory with the specified size and alignment.
///
/// You are in charge of managing the allocated memory. Be sure to deallocate
/// any memory that you manually allocate.
///
/// The allocated memory is not bound to any specific type and must be bound
/// before performing any typed operations. If you are using the memory for
/// a specific type, allocate memory using the
/// `UnsafeMutablePointer.allocate(capacity:)` static method instead.
///
/// - Parameters:
///   - byteCount: The number of bytes to allocate. `byteCount` must not be negative.
///   - alignment: The alignment of the new region of allocated memory, in
///     bytes.
/// - Returns: A pointer to a newly allocated region of memory. The memory is
///   allocated, but not initialized.
@inlinable
public static func allocate(
byteCount: Int, alignment: Int
) -> UnsafeMutableRawPointer {
// For any alignment <= _minAllocationAlignment, force alignment = 0.
// This forces the runtime's "aligned" allocation path so that
// deallocation does not require the original alignment.
//
// The runtime guarantees:
//
// align == 0 || align > _minAllocationAlignment:
//   Runtime uses "aligned allocation".
//
// 0 < align <= _minAllocationAlignment:
//   Runtime may use either malloc or "aligned allocation".
var alignment = alignment
if alignment <= _minAllocationAlignment() {
  alignment = 0
}
return UnsafeMutableRawPointer(Builtin.allocRaw(
    byteCount._builtinWordValue, alignment._builtinWordValue))
}

• 以指定的大小和對齊方式分配未初始化的內(nèi)存
• 首先對對齊方式進行校驗
• 然后調(diào)用Builtin.allocRaw方法進行分配內(nèi)存
• Builtin是Swift的標(biāo)準(zhǔn)模塊桃漾，可以理解為調(diào)用（匹配）LLVM中的方法

2.2 typed pointer

定義

/// Invokes the given closure with a pointer to the given argument.
///
/// The `withUnsafePointer(to:_:)` function is useful for calling Objective-C
/// APIs that take in parameters by const pointer.
///
/// The pointer argument to `body` is valid only during the execution of
/// `withUnsafePointer(to:_:)`. Do not store or return the pointer for later
/// use.
///
/// - Parameters:
///   - value: An instance to temporarily use via pointer.
///   - body: A closure that takes a pointer to `value` as its sole argument. If
///     the closure has a return value, that value is also used as the return
///     value of the `withUnsafePointer(to:_:)` function. The pointer argument
///     is valid only for the duration of the function's execution.
///     It is undefined behavior to try to mutate through the pointer argument
///     by converting it to `UnsafeMutablePointer` or any other mutable pointer
///     type. If you need to mutate the argument through the pointer, use
///     `withUnsafeMutablePointer(to:_:)` instead.
/// - Returns: The return value, if any, of the `body` closure.
@inlinable public func withUnsafePointer<T, Result>(to value: T, _ body: (UnsafePointer<T>) throws -> Result) rethrows -> Result

該函數(shù)一共兩個參數(shù)：

• 第一個就是要獲取其指針的變量
• 第二個是一個閉包，然后通過rethrows關(guān)鍵字重新拋出Result（也就是閉包表達式的返回值）拟逮，閉包的參數(shù)和返回值都是泛型撬统，關(guān)于這種寫法可以縮寫，詳見后面的代碼敦迄。

var a = 10

/**
    通過Swift提供的簡寫的API恋追，這里是尾隨閉包的寫法
    返回值的類型是 UnsafePointer<Int>
 */
let p = withUnsafePointer(to: &a) { $0 }
print(p)

withUnsafePointer(to: &a) {
    print($0)
}

// Declaration let p1:UnsafePointer<Int>
let p1 = withUnsafePointer(to: &a) { ptr in
    return ptr
}
print(p1)
//0x00007ff7ba577d18
//0x00007ff7ba577d18
//0x00007ff7ba577d18

以上三種用法是我們最常用的三種方法，都能夠打印出變量的指針罚屋。那么是否可以通過指針修改變量的值呢苦囱？下面我們就來研究一下：

通過指針獲取變量值

要想改變值，首先就要能夠訪問到變量的值：

let p = withUnsafePointer(to: &a) { $0 }
print(p.pointee)

withUnsafePointer(to: &a) {
    print($0.pointee)
}

let p1 = withUnsafePointer(to: &a) { ptr in
    return ptr
}
print(p1.pointee)

let p2 = withUnsafePointer(to: &a) { ptr in
    return ptr.pointee
}
print(p2)
//10
//10
//10
//10

通過指針修改變量值

如果使用的是withUnsafePointer是不能直接在閉包中修改指針的脾猛，但是我們可以通過間接的方式撕彤，通過返回值修改，給原來變量賦值的方式修改（其實這種方式很low）

a = withUnsafePointer(to: &a){ ptr in
    return ptr.pointee + 2
}
print(a)

我們可以使用withUnsafeMutablePointer猛拴，直接修改變量的值喉刘。

withUnsafeMutablePointer(to: &a){ ptr in
    ptr.pointee += 2
}

還有另一種方式瞧柔，就是通過創(chuàng)建指針的方式，這也是一種創(chuàng)建Type Pointer的方式：

// 創(chuàng)建一個指針睦裳，指針內(nèi)存存儲的是Int類型數(shù)據(jù)，開辟一個8*1字節(jié)大小的區(qū)域
let ptr = UnsafeMutablePointer<Int>.allocate(capacity: 1)

//初始化指針
ptr.initialize(to: a)
// 修改
ptr.pointee += 2

print(a)
print(ptr.pointee)

// 反初始化撼唾，與下面的代碼成對調(diào)用廉邑，管理內(nèi)存
ptr.deinitialize(count: 1)
// 釋放內(nèi)存
ptr.deallocate()

//10
//12

從這里我們可以看到，指針的值在修改后是變了的倒谷，但是原變量的值并沒有改變蛛蒙。所以不能用于直接修改原變量。

3.實例

demo1

本案例是初始化一個指針渤愁，能夠訪問兩個結(jié)構(gòu)體實例對象牵祟。

首先定義一個結(jié)構(gòu)體

struct Teacher {
    var age = 18
    var height = 1.65
}

下面我們通過三種方式訪問指針中的結(jié)構(gòu)體對象

• 通過下標(biāo)訪問
• 通過內(nèi)存平移訪問
• 通過successor()函數(shù)訪問

// 分配兩個Teacher大小空間的指針
let ptr = UnsafeMutablePointer<Teacher>.allocate(capacity: 2)

// 初始化第一個Teacher
ptr.initialize(to: Teacher())
// 初始化第二個Teacher
ptr.successor().initialize(to: Teacher(age: 20, height: 1.85))
// 錯誤的初始化方式，因為這是確定類型的指針抖格，只需移動一步即移動整個類型大小的內(nèi)存
//ptr.advanced(by: MemoryLayout<Teacher>.stride).initialize(to: Teacher(age: 20, height: 1.85))

// 通過下標(biāo)訪問
print(ptr[0])
print(ptr[1])

// 內(nèi)存偏移
print(ptr.pointee)
print((ptr+1).pointee)

// successor
print(ptr.pointee)
print(ptr.successor().pointee)

// 反初始化诺苹，釋放內(nèi)存
ptr.deinitialize(count: 2)
ptr.deallocate()

//Teacher(age: 18, height: 1.65)
//Teacher(age: 20, height: 1.85)
//Teacher(age: 18, height: 1.65)
//Teacher(age: 20, height: 1.85)
//Teacher(age: 18, height: 1.65)
//Teacher(age: 20, height: 1.85)

demo2

下面我們就通過內(nèi)存的方式，將實例對象綁定到我們自定義的HHObject上雹拄。

struct HHObject{
    var kind: UnsafeRawPointer
}

class Teachers {
    var age: Int = 18
}

指針綁定：

/**
         使用withUnsafeMutablePointer獲取到的指針是UnsafeMutablePointer<T>類型
         UnsafeMutablePointer<T>沒有bindMemory方法
         所以此處引入Unmanaged
         */
        //let ptr = withUnsafeMutablePointer(to: &t) { $0 }

        /**
         Unmanaged 指定內(nèi)存管理收奔，類似于OC與CF交互時的所有權(quán)轉(zhuǎn)換__bridge
         Unmanaged 有兩個函數(shù)：
         - passUnretained：不增加引用計數(shù)，也就是不獲得所有權(quán)
         - passRetained：   增加引用計數(shù)滓玖，也就是可以獲得所有權(quán)
         以上兩個函數(shù)坪哄，可以通過toOpaque函數(shù)返回一個
         UnsafeMutableRawPointer 指針
        */
        let ptr4 = Unmanaged.passUnretained(Teachers()).toOpaque()
        //let ptr = Unmanaged.passRetained(t).toOpaque()

        /**
         bindMemory ：將指針綁定到指定類型數(shù)據(jù)上
         如果沒有綁定則綁定
         已綁定則重定向到指定類型上
        */
        let h = ptr4.bindMemory(to: HHObject.self, capacity: 1)

        print(h.pointee)


//HHObject(kind: 0x00007efc5e4d0e60)

demo3

在實際開發(fā)中，我們往往會調(diào)用其他人的api完成一些代碼势篡，在指針操作過程中翩肌，往往會因為類型不匹配造成傳參問題，下面我們就來看一個例子：

首先我們定義一個打印指針的函數(shù)：

func printPointer(p: UnsafePointer<Int>) {
    print(p)
    print("end")
}

示例代碼：

var tul = (10,20)
withUnsafeMutablePointer(to: &tul) { tulPtr in
    printPointer(p: UnsafeRawPointer(tulPtr).assumingMemoryBound(to: Int.self))
}

//0x00007ff7b564cc60
//end

assumingMemoryBound是假定內(nèi)存綁定禁悠，目的是告訴編譯器已經(jīng)綁定過Int類型了念祭，不需要在檢查內(nèi)存綁定。

那么我們將元組換成結(jié)構(gòu)體呢绷蹲？我們此時想要獲取結(jié)構(gòu)體中的屬性棒卷。

struct Test {
    var a: Int = 10
    var b: Int = 20
}

var t = Test()

withUnsafeMutablePointer(to: &t) { ptr in
    printPointer(p: UnsafeRawPointer(ptr).assumingMemoryBound(to: Int.self))
}
//0x00007ff7b77b8c50
//end

那么如果我想想獲取結(jié)構(gòu)體中的屬性呢？

withUnsafeMutablePointer(to: &t) { ptr in
//    let strongRefPtr = withUnsafePointer(to: &ptr.pointee.b) { $0 }
//    printPointer(p: strongRefPtr)
//    let strongRefPtr = UnsafeRawPointer(ptr).advanced(by: MemoryLayout<Int>.stride)
    let strongRefPtr = UnsafeRawPointer(ptr) - MemoryLayout<Test>.offset(of: \Test.b)!
    printPointer(p: strongRefPtr.assumingMemoryBound(to: Int.self))
}

以上提供了三種方式實現(xiàn)訪問結(jié)構(gòu)體中的屬性祝钢。

demo 4

使用withMemoryRebound臨時更改內(nèi)存綁定類型比规，withMemoryRebound的主要應(yīng)用場景還是處理一些類型不匹配的場景，將內(nèi)存綁定類型臨時修改成想要的類型拦英，在閉包里生效蜒什，不會修改原指針的內(nèi)存綁定類型。

var age: UInt64 = 18

let ptr = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
// 臨時更改內(nèi)存綁定類型
ptr.withMemoryRebound(to: Int.self, capacity: 1) { (ptr) in
    printPointer(p: ptr)
}

func printPointer(p: UnsafePointer<Int>) {
    print(p)
    print("end")
}

4.總結(jié)

至此我們對Swift中指針的分析基本就完事了疤估，現(xiàn)在總結(jié)如下：

1. Swift中的指針分為兩種：

• raw pointer：未指定類型（原生）指針灾常，即：UnsafeRawPointer和unsafeMutableRawPointer
• type pointer：指定類型的指針霎冯，即：UnsafePointer<T>和UnsafeMutablePointer<T>

2. 指針的綁定主要有三種方式：

• withMemoryRebound：臨時更改內(nèi)存綁定類型
• bingMemory(to: capacity:)：更改內(nèi)存綁定的類型，如果之前沒有綁定钞瀑，那么就是首次綁定沈撞，如果綁定過了，會被重新綁定為該類型
• assumingMemoryBound：假定內(nèi)存綁定雕什，這里就是告訴編譯器缠俺，我就是這種類型，不要檢查了（控制權(quán)由我們決定）

3. 內(nèi)存指針的操作都是危險的贷岸，使用時要慎重

二壹士、內(nèi)存管理

跟OC一樣，Swift也是采取基于引用計數(shù)的ARC內(nèi)存管理方案（針對堆空間）偿警，Swift的ARC中有3種引用躏救。

1.弱引用

protocol Livable : AnyObject {}
class Person {}

weak var p0: Person?
weak var p1: AnyObject?
weak var p2: Livable?

unowned var p10: Person?
unowned var p11: AnyObject?
unowned var p12: Livable?

說明：

• weak、unowned只能用在類實例上面
• 因為weak可以設(shè)置為nil螟蒸，所以必須用可選項
• 會發(fā)生改變盒使，所以需要用var

2.循環(huán)引用

循環(huán)引用就是兩個對象相互持有，無法釋放會導(dǎo)致內(nèi)存泄漏尿庐，和OC一樣忠怖，所以重點看一下閉包的循環(huán)引用，其實也就和block一樣
循環(huán)引用的解決：weak抄瑟、unowned 都能解決循環(huán)引用的問題凡泣，unowned 要比 weak 少一些性能消耗，在生命周期中可能會變?yōu)?nil 的使用 weak皮假，初始化賦值后再也不會變?yōu)?nil 的使用unowned