Swift值類型&引用類型

前言

值類型和引用類型是Swift中兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式棍矛，簡(jiǎn)單來說值類型就是直接存儲(chǔ)的值，引用類型就是存儲(chǔ)的指針姻几，在談值類型和引用類型前可能你需要了解一些關(guān)于內(nèi)存和Mach-O的知識(shí)索烹。下面放上我以前寫過的幾篇文章屠列，僅供參考。

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簡(jiǎn)單來說值類型可以理解為存儲(chǔ)在棧區(qū)或者全局區(qū)罢艾，引用類型一般存儲(chǔ)在堆區(qū)楣颠，下面我們來看個(gè)簡(jiǎn)單的例子尽纽。

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我們可以看到a和t的地址都是在棧區(qū)，因?yàn)闂^(qū)通常都是0x7開頭童漩。但是a中存儲(chǔ)的直接就是18這個(gè)值弄贿，t中存儲(chǔ)的是個(gè)全局區(qū)的指針。這就是最簡(jiǎn)單的值類型和引用類型的區(qū)別矫膨。

1. 值類型

值類型挎春，即每個(gè)實(shí)例保持一份數(shù)據(jù)拷貝。

在 Swift 中豆拨，struct直奋，enum，以及 tuple 都是值類型施禾。而平時(shí)使用的 Int脚线、Double、Float弥搞、String邮绿、Array、Dictionary攀例、Set 其實(shí)都是用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的船逮，也是值類型。

Swift 中粤铭，值類型的賦值為深拷貝（Deep Copy）挖胃，值語義（Value Semantics）即新對(duì)象和源對(duì)象是獨(dú)立的，當(dāng)改變新對(duì)象的屬性梆惯，源對(duì)象不會(huì)受到影響酱鸭，反之同理。

雖然說Int垛吗、Double凹髓、Float、String怯屉、Array蔚舀、Dictionary、Set時(shí)使用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的锨络，所以也是值類型赌躺，但是就我個(gè)人理解來說，這些作為值類型好像就是那么理所當(dāng)然的足删，當(dāng)然對(duì)于很長(zhǎng)的String還是會(huì)通過存儲(chǔ)指向堆區(qū)的指針來實(shí)現(xiàn)寿谴，當(dāng)然也會(huì)通過TaggedPointer等技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這里大體還是和OC相同的失受，感興趣的可以看看我的另一篇文章iOS Objective-C 內(nèi)存管理讶泰。說了這么多咏瑟，其實(shí)我們糾結(jié)的一個(gè)問題就是struct為什么是值類型，下面我們就來探索一番痪署。

1.1 struct 為什么是值類型

1.1.1 結(jié)構(gòu)體和類的區(qū)別

從代碼看區(qū)別

class CTeacher {
    var age: Int?
    var name: String!
    var height: Float = 185.3
}

struct STeacher {
    var age: Int
}

let ct = CTeacher()
ct.name = "testC"

let st1 = STeacher(age: 20)
let st2 = STeacher(age: 21, name: "testS", height: 180.1)

通過以上的代碼我們可以知道：

1. 類中的屬性需要使用?码泞、!或者賦初始值才不會(huì)導(dǎo)致編譯報(bào)錯(cuò)
2. 結(jié)構(gòu)體中的屬性不需要賦初始值狼犯，也不用使用?余寥、!
3. 結(jié)構(gòu)體的初始化需要同時(shí)初始化結(jié)果圖內(nèi)部的屬性
4. 類的初始化可以不用初始化類中的屬性
5. 結(jié)構(gòu)體中的optional屬性，或者賦值的屬性可以不在結(jié)構(gòu)體初始化的時(shí)候初始化

從sil代碼看區(qū)別

class CTeacher {
  @_hasStorage @_hasInitialValue var age: Int? { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var name: String! { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var height: Float { get set }
  @objc deinit
  init()
}

struct STeacher {
  @_hasStorage var age: Int { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var name: String? { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var height: Float { get set }
  init(age: Int, name: String? = nil, height: Float = 185.3)
}

通過sil代碼我們可以看到：

1. 類中如果不實(shí)現(xiàn)自定義init方法就會(huì)有個(gè)init()方法
2. 結(jié)構(gòu)體中會(huì)提供默認(rèn)的初始化方法

1.1.2 驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體是值類型

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

struct Teacher {
    var age: Int
    var age1: Int
}

var t = Teacher(age: 18, age1: 20)

使用lldb調(diào)試：

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此時(shí)我們可以看到悯森，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部直接存儲(chǔ)的就是結(jié)構(gòu)體中的屬性的值宋舷。所以說結(jié)構(gòu)體是值類型是沒問題的。

1.1.3 驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體是值拷貝

此時(shí)我們創(chuàng)建個(gè)新的實(shí)例變量t1瓢姻，并將t賦值給t1祝蝠，代碼如下：

struct Teacher {
    var age: Int
    var age1: Int
}

var t = Teacher(age: 18, age1: 20)
var t1 = t
t1.age = 22

print("end")

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在修改t1的值后我們發(fā)現(xiàn)t中的數(shù)據(jù)并沒有改變，所以說t和t1之間是值傳遞幻碱，即t和t1是存儲(chǔ)在不同內(nèi)存空間的绎狭，在var t1 = t時(shí)，是將t中的值褥傍，拷貝到t1中儡嘶，t1修改時(shí)，只會(huì)修改自己內(nèi)存中的數(shù)據(jù)恍风，是不會(huì)影響到t的內(nèi)存的蹦狂。

另外在打印兩個(gè)實(shí)例變量地址的時(shí)候也明顯不是一樣的。

1.1.4 通過sil驗(yàn)證struct是值類型

我們查看Teacher的init方法：

// Teacher.init(age:age1:)
sil hidden @main.Teacher.init(age: Swift.Int, age1: Swift.Int) -> main.Teacher : $@convention(method) (Int, Int, @thin Teacher.Type) -> Teacher {
// %0 "$implicit_value"                           // user: %3
// %1 "$implicit_value"                           // user: %3
// %2 "$metatype"
bb0(%0 : $Int, %1 : $Int, %2 : $@thin Teacher.Type):
  %3 = struct $Teacher (%0 : $Int, %1 : $Int)     // user: %4
  return %3 : $Teacher                            // id: %4
} // end sil function 'main.Teacher.init(age: Swift.Int, age1: Swift.Int) -> main.Teacher'

我們可以看到init方法中并沒有調(diào)用malloc相關(guān)的開辟內(nèi)存的方法邻耕，這里也是只是將傳入的兩個(gè)值賦給初始化的結(jié)構(gòu)體而已鸥咖。

1.1.5 常量值類型

如果聲明一個(gè)值類型的常量燕鸽，那么就意味著該常量是不可變的（無論內(nèi)部數(shù)據(jù)為 var還是let）兄世。

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1.1.6 小結(jié)

至此我們就驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)體是值類型：

1. 結(jié)構(gòu)體不像類一樣需要調(diào)用malloc等方法去開辟內(nèi)存空間
2. 結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存中直接存儲(chǔ)值
3. 值類型的賦值是一個(gè)值傳遞的過程，相當(dāng)于深拷貝

1.2 其他

關(guān)于enum和tuple這里就不一一分析了啊研，在后續(xù)的篇章中會(huì)陸續(xù)提到御滩。

2. 引用類型

引用類型，即所有實(shí)例共享一份數(shù)據(jù)拷貝党远。

在 Swift 中削解，class 和closure是引用類型。引用類型的賦值是淺拷貝（Shallow Copy）沟娱，引用語義（Reference Semantics）即新對(duì)象和源對(duì)象的變量名不同氛驮，但其引用（指向的內(nèi)存空間）是一樣的，因此當(dāng)使用新對(duì)象操作其內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)济似，源對(duì)象的內(nèi)部數(shù)據(jù)也會(huì)受到影響矫废。

2.1 驗(yàn)證類是引用類型

定義一個(gè)類

class Teacher {
    var age: Int = 28
    var age1: Int = 20
}

var t = Teacher()

print("end")

lldb調(diào)試

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從lldb調(diào)試中我們可以看到盏缤，類實(shí)例對(duì)象指針內(nèi)部存儲(chǔ)的是一個(gè)指向全局區(qū)的指針，而這塊內(nèi)存區(qū)域才是存儲(chǔ)的真正的實(shí)例變量的信息蓖扑，所以說類是個(gè)引用類型唉铜。

2.2 驗(yàn)證類對(duì)象是指針拷貝

我們使用如下代碼進(jìn)行驗(yàn)證：

class Teacher {
    var age: Int = 28
    var name: String = "teacher1"
}

var t = Teacher()
print(t.age)
var t1 = t
t1.age = 18

print(t.age)

print("end")

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通過打印結(jié)果我們可以知道，雖然我們修改的是t1這個(gè)實(shí)例對(duì)象中age的值律杠，但是當(dāng)我們打印t這個(gè)實(shí)例變量的age的值的時(shí)候也隨之改變了潭流，所以我們就能夠確定類對(duì)象之間是指針拷貝，并且在內(nèi)存地址的打印中我們也可以清晰的看見柜去，它們指向同一片內(nèi)存空間灰嫉，一個(gè)改變則全部都改變。

2.4 通過sil進(jìn)一步驗(yàn)證類的引用類型

其實(shí)到這里也就沒什么好說的的了嗓奢，在類的初始化的時(shí)候肯定是會(huì)調(diào)用alloc方法來開辟內(nèi)存空間的熬甫，這里借著上面的sil代碼，我們來看看Info這個(gè)類的Info.__allocating_init()方法吧：

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這里首先就調(diào)用了alloc_ref為Info初始化一塊內(nèi)存空間蔓罚。

2.5 常量引用類型

如果聲明一個(gè)引用類型的常量椿肩，那么就意味著該常量的引用不能改變（即不能被同類型變量賦值），但指向的內(nèi)存中所存儲(chǔ)的變量是可以改變的豺谈，示例如下：

16098103813847.jpg

此處是不會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤的郑象，這點(diǎn)與值類型也是不同的。

2.6 小結(jié)

至此我們就驗(yàn)證了類是引用類型：

1. 類需要調(diào)用alloc等方法去開辟內(nèi)存空間
2. 類的實(shí)例對(duì)象中存儲(chǔ)的是指針地址茬末，這個(gè)地址中存儲(chǔ)的才是值
3. 類的實(shí)例對(duì)象的賦值是一個(gè)指針拷貝的過程厂榛，相當(dāng)于淺拷貝

3. 嵌套類型

所謂嵌套類型就是引用類型中有值類型，或者值類型中有引用類型丽惭，其實(shí)在上面的例子中已經(jīng)涉及到了击奶，下面我們通過兩兩組合，分四種情況來簡(jiǎn)單介紹一下责掏。

3.1 值類型嵌套引用類型

這里是在結(jié)構(gòu)體中添加一個(gè)引用類型的屬性柜砾，示例代碼如下：

class Info {
    var height: Int = 185
    var weight: Double = 60.5
}

struct Teacher {
    var age: Int = 18
    var name: String = "teacher1"
    var info: Info = Info()
}

var t = Teacher()
print(t.info.weight)

var t1 = t
t1.info.weight = 80

print(t.info.weight)
print(t1.info.weight)

print("end")

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我們可以看到，在值類型中使用引用類型：

1. 隨著t1.info.weight的改變换衬，t中的也改變了
2. 所以說依舊是值拷貝痰驱，只不過是拷貝了引用類型數(shù)據(jù)的指針
3. 這里的值傳遞是只傳遞了指針

那么真的這個(gè)引用類型會(huì)不會(huì)涉及到內(nèi)存引用計(jì)數(shù)的管理呢？其實(shí)答案是肯定的瞳浦，下面我們通過sil代碼驗(yàn)證一下：

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通過sil代碼我們可以看到strong_retain和strong_release的調(diào)用担映，所以說在值類型的內(nèi)部使用引用類型依舊是需要通過引用計(jì)數(shù)管理的。

所以說叫潦，應(yīng)該盡量避免這種值類型中使用引用類型的寫法蝇完，因?yàn)橹殿愋偷某踔跃褪菫榱瞬皇褂弥羔樦赶蛄硪黄瑑?nèi)存區(qū)域，從而減少內(nèi)存的使用，以提升效率短蜕。

3.2 值類型嵌套值類型

其實(shí)泛源，在上面我們已經(jīng)介紹過了，在Swift中Int的底層實(shí)現(xiàn)就是個(gè)結(jié)構(gòu)體忿危，所以也是值類型达箍。

struct Teacher {
    var age: Int = 18
}

值類型嵌套值類型：

• 在賦值的時(shí)候創(chuàng)建新的變量，兩者是獨(dú)立的铺厨。
• 嵌套的值類型變量也會(huì)創(chuàng)建新的變量缎玫，也可以說是深拷貝一份變量的值

3.3 引用類型嵌套引用類型

其實(shí)這也是我們經(jīng)常用到的一種嵌套，比如類中嵌套類解滓。

class Info {
    var height: Int = 185
    var weight: Double = 60.5
}

class Teacher {
    var age: Int = 18
    var name: String = "teacher1"
    var info: Info = Info()
}

引用類型嵌套引用類型：

• 引用類型再賦值時(shí)創(chuàng)建了新的變量
• 新變量和源變量指向同一塊內(nèi)存赃磨，內(nèi)部引用類型變量也指向同一塊內(nèi)存地址
• 改變引用類型嵌套的引用類型的值，也會(huì)影響到其他變量的值洼裤。

3.4 引用類型嵌套值類型

這個(gè)在上面我們也用到過邻辉，類中的Int類型的屬性就是很好的例子。

class Teacher {
    var age: Int = 28
}

引用類型嵌套值類型時(shí)：

• 賦值時(shí)創(chuàng)建了新的變量
• 新變量和源變量指向同一塊內(nèi)存
• 改變?cè)醋兞康膬?nèi)部值腮鞍，會(huì)影響到其他變量的值