Swift进阶杂谈5:指针

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Swift进阶杂谈5:指针

今天简单介绍一下swift中的指针

swift中的指针分为两类

  • typed pointer 指定数据类型指针,即UnsafePointer<T>,其中T表示泛型
  • raw pointer 未指定数据类型的指针(原生指针),即UnsafeRawPointer

swift与OC指针对比如下:

swiftOC说明
unsafePointer< T >const T *指针及所指向的内容都不可变
unsafeMutablePointerT *指针及其所指向的内存内容均可变
unsafeRawPointerconst void *指针指向未知类型
unsafeMutableRawPointervoid *指针指向未知类型

原生指针

原生指针:是指未指定数据类型的指针,有以下说明

  • 对于指针内存管理是需要手动管理
  • 指针在使用完需要手动释放

有以下一段原生指针的使用代码,请问运行时会发生什么?

//原生指针
//对于指针的内存管理是需要手动管理的
//定义一个未知类型的指针:本质是分配32字节大小的空间,指定对齐方式是8字节对齐
let p = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 32, alignment: 8)

//存储
for i in 0..<4 {
    p.storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
}
//读取
for i in 0..<4 {
    //p是当前内存的首地址,通过内存平移来获取值
    let value = p.load(fromByteOffset: i * 8, as: Int.self)
    print("index: \(i), value: \(value)")
}

//使用完成需要dealloc,即需要手动释放
p.deallocate()
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  • 通过运行发现,在读取数据时有问题,原因是因为读取时指定了每次读取的大小,但是存储在直接8字节的p中存储了i+1,即可以理解为并没有指定存储时的内存大小

  • 修改:通过advanced(by:)指定存储时的步长
//存储
for i in 0..<4 {
    //指定当前移动的步数,即i * 8
    p.advanced(by: i * 8).storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
}
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修改后的运行结果如下

type pointer

在之前的文章中,我们获取基本数据类型的地址是通过withUnsafePointer(to:)方法获取的

  • 查看withUnsafePointer(to:)的定义中,第二个参数传入的是闭包表达式,然后通过rethrows重新抛出Result(即闭包表达式产生的结果)了,所以可以将闭包表达式进行简写(简写参数、返回值),其中$0表示第一个参数,$1表示第二个参数,以此类推
<!--定义-->
@inlinable public func withUnsafePointer<T, Result>(to value: inout T, _ body: (UnsafePointer<T>) throws -> Result) rethrows -> Result

<!--使用1-->
var age = 10
let p = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
print(p)

<!--使用2-->
withUnsafePointer(to: &age){print($0)}

<!--使用3-->
//其中p1的类型是 UnsafePointer<Int>
let p1 = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
    return ptr
}
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由于withUnsafePointer方法中的闭包属于单一表达式,因此可以忽略参数、返回值,直接使用$0,$0等价于ptr。

访问属性

可以通过指针的pointee属性访问变量值,如下所示

var age = 10
let p = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
print(p.pointee)

<!--打印结果-->
10
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如何改变age变量值? 改变变量值的方式有两种,一种是间接修改,一种是直接修改

  • 间接修改:需要在闭包中直接通过ptr.pointee修改并返回。类似于char *p = "PD"中的*p,因为访问PD通过*p
var age = 10
age = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
    //返回Int整型值
    return ptr.pointee + 12
}
print(age)
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  • 直接修改-方式1:也可以通过withUnsafemutablePointer方法,即创建方式一
var age = 10
withUnsafeMutablePointer(to: &age) { ptr in
    ptr.pointee += 12
}
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  • 直接修改方式2:通过allocate创建UnsafeMutablePointer,需要注意的是
    • initializedeinitialize是成对的
    • deinitialize中的count与申请时的capacity需要一致
    • 需要deallicate
var age = 10
//分配容量大小,为8字节
let ptr = UnsafeMutablePointer<Int>.allocate(capacity: 1)
//初始化
ptr.initialize(to: age)
ptr.deinitialize(count: 1)

ptr.pointee += 12
print(ptr.pointee)

//释放
ptr.deallocate()
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指针实例应用

实战1:访问结构体实例对象

定义一个结构体

struct CJLTeacher {
    var age = 10
    var height = 1.85
}
var t = CJLTeacher()
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  • 使用UnsafeMutablePointer创建指针,并通过指针访问CJLTeacher实例对象,有以下三种方式:
    • 方式一:下标访问
    • 方式二:内存平移
    • 方式三:successor
//分配两个CJLTeacher大小的空间
let ptr = UnsafeMutablePointer<CJLTeacher>.allocate(capacity: 2)
//初始化第一个空间
ptr.initialize(to: CJLTeacher())
//移动,初始化第2个空间
ptr.successor().initialize(to: CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))

//访问方式一
print(ptr[0])
print(ptr[1])

//访问方式二
print(ptr.pointee)
print((ptr+1).pointee)

//访问方式三
print(ptr.pointee)
//successor 往前移动
print(ptr.successor().pointee)

//必须和分配是一致的
ptr.deinitialize(count: 2)
//释放
ptr.deallocate()
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需要注意的是,第二个空间的初始化不能通过 advanced(by: MemoryLayout<CJLTeacher>.stride)去访问,否则取出结果是有问题

  • 可以通过ptr + 1 或者successor()或者advanced(by: 1)
<!--第2个初始化 方式一-->
(ptr + 1).initialize(to: CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))

<!--第2个初始化 方式二-->
ptr.successor().initialize(to: CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))

<!--第2个初始化 方式三-->
ptr.advanced(by: 1).initialize(to:  CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))
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对比

  • 这里p使用advanced(by: i * 8),是因为此时并不知道p的具体类型,必须制定每次移动的步长
let p = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 32, alignment: 8)

//存储
for i in 0..<4 {
    //指定当前移动的步数,即i * 8
    p.advanced(by: i * 8).storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
}
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  • 这里的ptr如果使用advanced(by: MemoryLayout<CJLTeacher>.stride)即16*16字节大小,此时获取的结果是有问题的,由于这里知道具体的类型,所以只需要标识指针前进几步即可,即advanced(by:1)
let ptr = UnsafeMutablePointer<CJLTeacher>.allocate(capacity: 2)
//初始化第一个空间
ptr.initialize(to: CJLTeacher())
//移动,初始化第2个空间
ptr.advanced(by: 1).initialize(to:  CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))
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实战2:实例对象绑定到struct内存

定义以下代码

struct HeapObject {
    var kind: Int
    var strongRef: UInt32
    var unownedRef: UInt32
}

class CJLTeacher{
    var age = 18
}

var t = CJLTeacher()
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demo1:类的实例对象如何绑定到结构体内存中

  • 1、获取实例变量的内存地址
  • 2、绑定到结构体内存,返回值是UnsafeMutablePointer<T>
  • 3、访问成员变量 pointee.kind
//将t绑定到结构体内存中
//1、获取实例变量的内存地址,声明成了非托管对象
/*
 通过Unmanaged指定内存管理,类似于OC与CF的交互方式(所有权的转换 __bridge)
 - passUnretained 不增加引用计数,即不需要获取所有权
 - passRetained 增加引用计数,即需要获取所有权
 - toOpaque 不透明的指针
 */

let ptr = Unmanaged.passUnretained(t as AnyObject).toOpaque()
//2、绑定到结构体内存,返回值是UnsafeMutablePointer<T>
/*
 - bindMemory 更改当前 UnsafeMutableRawPointer 的指针类型,绑定到具体的类型值
    - 如果没有绑定,则绑定
    - 如果已经绑定,则重定向到 HeapObject类型上
 */
let heapObject = ptr.bindMemory(to: HeapObject.self, capacity: 1)
//3、访问成员变量
print(heapObject.pointee.kind)
print(heapObject.pointee.strongRef)
print(heapObject.pointee.unownedRef)
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其运行结果如下,有点类似于CF与OC交互的时的所有权的转换

  • create\copy 需要使用retain
  • 不需要获取所有权 使用unretain
  • kind的类型改成UnsafeRawPointer,kind的输出就是地址了

demo2:绑定到类结构 将swift中的类结构定义成一个结构体

struct cjl_swift_class {
    var kind: UnsafeRawPointer
    var superClass: UnsafeRawPointer
    var cachedata1: UnsafeRawPointer
    var cachedata2: UnsafeRawPointer
    var data: UnsafeRawPointer
    var flags: UInt32
    var instanceAddressOffset: UInt32
    var instanceSize: UInt32
    var flinstanceAlignMask: UInt16
    var reserved: UInt16
    var classSize: UInt32
    var classAddressOffset: UInt32
    var description: UnsafeRawPointer
}
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  • 将t改成绑定到cjl_swift_class
//1、绑定到cjl_swift_class
let metaPtr = heapObject.pointee.kind.bindMemory(to: cjl_swift_class.self, capacity: 1)
//2、访问
print(metaPtr.pointee)
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运行结果如下,其本质原因是因为 metaPtrcjl_swift_class的类结构是一样的

实战3:元组指针类型转换

  • 如果将元组传给 函数testPointer,使用方式如下
var tul = (10, 20)

//UnsafePointer<T>
func testPointer(_ p : UnsafePointer<Int>){
    print(p)
}

withUnsafePointer(to: &tul) { (tulPtr: UnsafePointer<(Int, Int)>) in
    //不能使用bindMemory,因为已经绑定到具体的内存中了
    //使用assumingMemoryBound,假定内存绑定,目的是告诉编译器ptr已经绑定过Int类型了,不需要再检查memory绑定
    testPointer(UnsafeRawPointer(tulPtr).assumingMemoryBound(to: Int.self))
}
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  • 或者告诉编译器转换成具体的类型
func testPointer(_ p: UnsafeRawPointer){
    p.assumingMemoryBound(to: Int.self)
}
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实战4:如何获取结构体的属性的指针

  • 1、定义实例变量
  • 2、获取实例变量的地址,并将strongRef的属性值传递给函数
struct HeapObject {
    var strongRef: UInt32 = 10
    var unownedRef: UInt32 = 20
}

func testPointer(_ p: UnsafePointer<Int>){
   print(p)
}
//实例化
var  t = HeapObject()
//获取结构体属性的指针传入函数
withUnsafePointer(to: &t) { (ptr: UnsafePointer<HeapObject>) in
    //获取变量
    let strongRef = UnsafeRawPointer(ptr) + MemoryLayout<HeapObject>.offset(of: \HeapObject.strongRef)!
    //传递strongRef属性的值
    testPointer(strongRef.assumingMemoryBound(to: Int.self))
}
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实战5:通过 withMemoryRebound 临时绑定内存类型

  • 如果方法的类型与传入参数的类型不一致,会报错

解决办法:通过withMemoryRebound临时绑定内存类型

var age = 10
func testPointer(_ p: UnsafePointer<Int64>){
   print(p)
}
let ptr = withUnsafePointer(to: &age) {$0}
ptr.withMemoryRebound(to: Int64.self, capacity: 1) { (ptr: UnsafePointer<Int64>)  in
    testPointer(ptr)
}
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总结

  • 指针类型分两种

    • typed pointer 指定数据类型指针,即 UnsafePointer<T> + unsafeMutablePointer

    • raw pointer 未指定数据类型的指针(原生指针) ,即UnsafeRawPointer + unsafeMutableRawPointer

  • withMemoryRebound: 临时更改内存绑定类型

  • bindMemory(to: Capacity:): 更改内存绑定的类型,如果之前没有绑定,那么就是首次绑定,如果绑定过了,会被重新绑定为该类型

  • assumingMemoryBound假定内存绑定,这里就是告诉编译器:我的类型就是这个,你不要检查我了,其实际类型还是原来的类型