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Swift--005:指针

Swift--005:指针

作者: 帅驼驼 | 来源:发表于2020-12-27 16:06 被阅读0次

    Swift中的指针分为两类

    • Raw Pointer:未指定数据类型的指针 (原⽣指针),表示为UnsafeRawPointer
    • Type Pointer:指定数据类型指针,表示为UnsafePointer<T>

    Swift中的指针和OC中指针的对应关系:

    Swift Object-C 说明
    unsafeRawPointer const void * 指针指向未知类型
    unsafeMutableRawPointer void * 指针指向未知类型
    unsafePointer<T> const T * 指针及所指向的内容都不可变
    unsafeMutablePointer<T> T * 指针及其所指向的内存内容均可变

    指针的使用是不安全的,从unsafe开头的命名来看就知道。内存需要开发者手动管理,使用完需要手动释放。操作不当就会crash,请开发者慎重使用。

    Raw Pointer(原⽣指针)
    //RawPionter的使用
    
    //1、分配32字节的内存空间大小,指定8字节对齐方式
    let p = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 32, alignment: 8)
    
    //2、advanced代表当前 p 前进的步长,对于 RawPointer 来说,我们需要移动的是当前存储值得内存大小,即 MemoryLayout.stride
    //3、storeBytes: 这里就是存储我们当前的数据,这里需要指定我们当前数据的类型
    for i in 0..<4{
        //存储
        p.advanced(by: i * 8).storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)
    }
    
    //4、load顾明思义是加载,fromBytesOffe:是相对于我们当前 p 的首地址的偏移
    for i in 0..<4{
        //读取
        let value = p.load(fromByteOffset: i * 8, as: Int.self)
        print("index\(i),value:\(value)")
    }
    
    p.deallocate()
    
    //输出以下内容:
    //index0,value:1
    //index1,value:2
    //index2,value:3
    //index3,value:4
    

    上述代码中,循环存储时使用p.advanced(by: i * 8),因为Raw Pointer并不知道指针的具体类型,所以必须指定好每次移动的步长,所以是i * 8

    Type Pointer

    withUnsafePointer方法的定义

    withUnsafePointer方法的定义 body参数传入的是闭包表达式,然后通过rethrows重新抛出Result,也就是闭包表达式产生的结果。所以可以简写闭包表达式的参数及返回值,其中$0表示第一个参数,相当于ptr。更多参数依次使用$0$1$2...
    var age = 10
    //完整写法
    let p1 = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
        return ptr
    }
    //简化ptr
    let p2 = withUnsafePointer(to: &age) {
        return $0
    }
    //简化ptr、return
    let p3 = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
    
    print(p1)
    print(p2)
    print(p3)
    
    //输出以下内容:
    //0x00000001000081a0
    //0x00000001000081a0
    //0x00000001000081a0
    

    通过pointee属性可以访问指针值

    var age = 10
    let p = withUnsafePointer(to: &age){ $0 }
    print("p.pointee:\(p.pointee)")
    
    //输出以下内容:
    //p.pointee:10
    

    修改age变量值的几种方式

    var age = 10
    age = withUnsafePointer(to: &age){ ptr in
        return ptr.pointee + 12
    }
    
    print("age:\(age)")
    
    //输出以下内容:
    //age:22
    

    上述代码在闭包中return结果给age,属于间接修改

    var age = 10
    withUnsafeMutablePointer(to: &age){ ptr in
        ptr.pointee += 12
    }
    
    print("age:\(age)")
    
    //输出以下内容:
    //age:22
    

    上述代码通过withUnsafeMutablePointer方法,在闭包中修改指针的值,属于直接修改

    在闭包中对指针及其所指向的内容修改,不能使用withUnsafePointer,它是不可变方法,编译报错

    编译报错

    另一种创建Type Pointer的方式

    var age = 10
    
    //1、capacity:容量大小,当前的大小为 1 * 8字节
    let ptr = UnsafeMutablePointer<Int>.allocate(capacity: 1)
    
    //2、初始化当前的 UnsafeMutablePointer<Int> 指针
    ptr.initialize(to: age)
    
    //3、下面两个成对调用,管理内存
    ptr.deinitialize(count: 1)
    
    ptr.pointee+=12
    print("ptr.pointee:\(ptr.pointee)")
    
    ptr.deallocate()
    
    //输出以下内容:
    //ptr.pointee:22
    

    上述代码通过allocate创建UnsafeMutablePointer

    • initialize方法和deinitialize方法必须成对出现
    • allocate方法和deallocate方法必须成对出现
    • deinitialize方法的count值,必须和allocate方法分配容量大小的capacity值保持一致
    案例1:

    访问类型指针的不同方式

    struct LGTeacher {
        var width : Double
        var height : Double
    }
    
    var t1 = LGTeacher(width: 10, height: 1.85)
    var t2 = LGTeacher(width: 20, height: 1.75)
    var t3 = LGTeacher(width: 30, height: 1.65)
    var t4 = LGTeacher(width: 40, height: 1.55)
    
    let ptr=UnsafeMutablePointer<LGTeacher>.allocate(capacity: 4);
    
    ptr.initialize(to: t1)
    //1、通过 (ptr+i) 移动内存
    (ptr+1).initialize(to: t2)
    //2、通过 advanced(by: i) 移动内存
    ptr.advanced(by: 2).initialize(to: t3)
    //3、通过 successor() 移动内存
    ptr.successor().successor().successor().initialize(to: t4)
    
    ptr.deinitialize(count: 4)
    
    //1、通过索引下标访问值
    print(ptr[0])
    //2、通过 (ptr+i) 访问指针
    print((ptr+1).pointee)
    //3、通过 advanced(by: i) 访问指针
    print(ptr.advanced(by: 2).pointee)
    //4、通过 successor() 访问指针
    print(ptr.successor().successor().successor().pointee)
    
    ptr.deallocate()
    
    //输出以下内容:
    //LGTeacher(width: 10.0, height: 1.85)
    //LGTeacher(width: 20.0, height: 1.75)
    //LGTeacher(width: 30.0, height: 1.65)
    //LGTeacher(width: 40.0, height: 1.55)
    

    上述代码中,访问指针的方式有很多种,但要特别留意advanced方式:Type Pointer使用advanced访问指针,和Raw Pointer有明显区别;Type Pointer已经知道指针的类型,使用advanced只需告诉指针前进步数即可,所以只需传入123...

    案例2:

    将类的实例对象绑定到结构体的内存中

    struct HeapObject {
        var kind: UnsafeRawPointer
        var strongref: UInt32
        var unownedRef: UInt32
    }
    
    class LGTeacher{
        var age = 18
    }
    
    var t=LGTeacher()
    
    //拿到实例对象的指针
    let ptr = Unmanaged.passUnretained(t as AnyObject).toOpaque()
    //将指针内存绑定给结构体
    let heapObject=ptr.bindMemory(to: HeapObject.self, capacity: 1)
    
    print(heapObject.pointee)
    
    //输出以下内容:
    //HeapObject(kind: 0x00000001000081f8, strongref: 2, unownedRef: 0)
    
    • 使用Unmanaged托管指针,指定内存管理,类似于OCCF交互方式(__bridge所有权的转换)
      passUnretained:不增加引用计数,不需要获取所有权
      passRetained:增加引用计数,需要获取所有权
      toOpaque:不透明的指针,返回UnsafeMutableRawPointer
    • bindMemory:更改内存绑定的类型,返回UnsafeMutablePointer<T>
      如果之前没有绑定,就是⾸次绑定
      如果绑 定过了,会被重新绑定为该类型
    案例3:

    kind对象绑定到结构体的内存中

    struct lg_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 instanceAlignMask: UInt16
        var reserved: UInt16
        var classSize: UInt32
        var classAddressOffset: UInt32
        var description: UnsafeRawPointer
    }
    
    //承接案例2代码
    let metaPtr=heapObject.pointee.kind.bindMemory(to: lg_swift_class.self, capacity: 1)
    
    print(metaPtr.pointee)
    
    //输出以下内容:
    //lg_swift_class(kind: 0x00000001000081d0, superClass: 0x00007fff93abb020, cachedata1: 0x00007fff6c2c2140, cachedata2: 0x0000002000000000, data: 0x00000001005307e2, flags: 2, instanceAddressOffset: 0, instanceSize: 24, instanceAlignMask: 7, reserved: 0, classSize: 136, classAddressOffset: 16, description: 0x0000000100003bec)
    

    上述代码中,本质上metaPtrlg_swift_class的内存结构是一样的,可以直接将内存地址绑定到结构体上。因为当前内存中的分布是一样的,自然可以拿到内存结构里的指针。

    案例4:

    元组指针类型转换

    思考下面代码,如何将tul元组类型,传入testPointer方法

    如何将元组类型传入testPointer方法

    Swift是类型安全的语言,tul是元组类型,和testPointer方法的ptr参数UnsafePointer<Int>类型对应不上,直接方法调用肯定是不行的,编译报错

    直接传递tul变量

    使用withUnsafePointer拿到tul的指针,但类型是UnsafePointer<(Int, Int)>,和testPointer方法的ptr参数UnsafePointer<Int>类型依然对应不上,直接方法调用,编译报错

    传递UnsafePointer<(Int, Int)>类型

    正确方案的演示:

    var tul = (10, 20)
    
    func testPointer(_ ptr : UnsafePointer<Int>) {
        print(ptr.pointee)
        print(ptr.successor().pointee)
    }
    
    withUnsafePointer(to: &tul){ (tulPtr: UnsafePointer<(Int, Int)>) in
        let ptr = UnsafeRawPointer(tulPtr).assumingMemoryBound(to: Int.self)
        testPointer(ptr)
    }
    
    //输出以下内容:
    //10
    //20
    

    上述代码中,不能使用bindMemory,因为tulPtr指针已经绑定到具体内存中。这里使用assumingMemoryBound,假定内存绑定,告诉编译器tulPtr就是我指定的类型,不用检查了

    本质上UnsafePointer<(Int, Int)>在内存空间里存储的就是两个Int,占据16字节,对于指针来说就是Int类型的指针UnsafePointer<Int>

    案例5:

    获取结构体属性的指针

    思考下面代码,如何将结构体属性t.strongreft.unownedRef,传入testPointer方法

    如何将结构体属性传入testPointer方法
    如果先通过withUnsafePointer(to: &t)获取ptr
    再通过withUnsafePointer(to: &ptr.pointee.strongref)获取strongRefPtr
    只读属性ptr.pointee不能作为inout参数传递 如图:此方案是行不通的,因为ptr.pointee是只读属性,所以不能作为inout参数传递,编译报错

    正确方案的演示:

    struct HeapObject {
        var strongref = 10
        var unownedRef = 20
    }
    
    var t = HeapObject()
    
    func testPointer(_ ptr : UnsafePointer<Int>) {
        print(ptr.pointee)
    }
    
    withUnsafePointer(to: &t){ (ptr : UnsafePointer<HeapObject>) in
        
        let strongRefPtr = UnsafeRawPointer(ptr) + MemoryLayout<HeapObject>.offset(of: \HeapObject.strongref)!
        testPointer(strongRefPtr.assumingMemoryBound(to: Int.self))
        
        let unownedRefPtr = UnsafeRawPointer(ptr) + MemoryLayout<HeapObject>.offset(of: \HeapObject.unownedRef)!
        testPointer(unownedRefPtr.assumingMemoryBound(to: Int.self))
    }
    
    //输出以下内容:
    //10
    //20
    

    将结构体指针转换成原生指针,移动内存地址找到结构体属性指针,再通过assumingMemoryBound假定内存绑定,告诉编译器结构体属性指针为Int类型

    案例6:

    使用withMemoryRebound临时更改内存绑定类型

    案例4的情况一样,方法参数类型,与传入参数类型不一致,编译报错

    方法参数与传入参数类型不一致

    正确方案的演示:

    var age : Int = 10
    
    func testPointer(_ ptr : UnsafePointer<UInt64>) {
        print(ptr.pointee)
    }
    
    let ptr = withUnsafePointer(to: &age){ $0 }
    
    ptr.withMemoryRebound(to: UInt64.self, capacity: 1) { (ptr : UnsafePointer<UInt64>) in
        testPointer(ptr)
    }
    
    //输出以下内容:
    //10
    

    使用withMemoryReboundptr临时更改为UnsafePointer<UInt64>类型,出了withMemoryRebound方法作用域,ptr依然是UnsafePointer<Int>类型

    总结:
    • Swift中的指针分为两类
      Raw pointer:未指定数据类型的指针 (原⽣指针),表示为UnsafeRawPointer
      Type pointer:指定数据类型指针,表示为UnsafePointer<T>
    • 指针的使用是不安全的,操作不当就会crash,一定要小心谨慎的使用
    • bindMemory:更改内存绑定的类型
      如果之前没有绑定,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,告诉编译器就是我指定的类型,不需要检查
    • withMemoryRebound:临时更改内存绑定类型

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