Swift - Memory Safety

默认，Swift 会阻止不安全行为

不安全行为

• 确保变量在使用之前被初始化
• 内存在释放之后不能访问
• 数据越界报错

Swift 做了什么？

• Swift 要求代码独立访问修改该内存，确保多次访问相同内存不会冲突
• Swift 自动管理内存，大多数情况下不必考虑内存访问

我们该做什么？

• 尽管如此，还是需要知道潜在冲突发生，避免代码造成内存访问冲突
• 当访问内存出现冲突时，将会获得运行时或者编译错误

访问冲突的简单例子

购物时新增购物项目的两个步骤

• 添加购物项
• 改变金额总数

内存中变化状态

• Before: 未新增购物项，未改变金额总数
• During: 新增购物项，未改变金额总数
• After: 新增购物项，改变金额总数

在 During 中总购物项目发生改变，但是金额总数却未发生改变，将会读取到错误信息。我们可能会根据多种方式去修复冲突产生不同结果，根据实际情况获取我们所要的正确金额（有可能是 Before Account，也有可能是 After Account）

下面讨论的都是单线程问题，并发和多线程冲突访问也许会出现相同问题

内存访问特性

两个访问发生冲突的所有条件

• 至少有一个是可写访问
• 他们访问同一块内存
• 他们访问的持续时间重叠

instantaneous & long - term

• 短暂访问：同一时间内，不可能被其他代码访问
• 两个短暂访问不会在同一时间发生
• 大多数内存访问是短暂的
• 一个持续访问会和另外一个持续访问发生重叠

Conflicting Access - In-Out 参数

• 输入输出参数 inout 是持续访问的，持续到方法调用的整个期间

var stepSize = 1
func increment(_ number: inout Int) { // write number 
    number += stepSize // read stepSize
}

increment(&stepSize) // Error: conflicting accesses to stepSize
print("\(stepSize)")

解决方法

var copyOfStepSize = stepSize // copy
increment(&copyOfStepSize)
stepSize = copyOfStepSIze

同一个变量传多个 inout 参数

func balance(_ x: inout Int, _ y: inout Int) { 
    let sum = x + y
    x = sum / 2
    y = sum - x
}

var playerOneScore = 42
var playerTwoScore = 30
balance(&playerOneScore, &playerTwoScore) // Success
balance(&playerOneScore, &playerOneScore) // Error

Conflicting Access - SELF

struct Player {    
    var name: String
    var health: Int
    var energy: Int
  
    static let maxHealth = 10
    mutating func restoreHealth() {  
        health = Player.maxHealth
    }
}

extension Player {
    mutating func shareHealth(with teammate: inout Player) { // write teammate
        balance(&teammate.health, &health) // write self 
    }
}

var oscar = Player(name: "Oscar", health: 10, energy: 10)
var maria = Player(name: "Maria", health: 5, energy: 10)
oscar.shareHealth(with: &maria) // OK
oscar.shareHealth(with: &oscar) // Error

Conflicting Access - Property

• Structures / Tuples / Enumerations 由单独的值组成，例如结构体的属性或元祖的元素
• 以上类型都是值类型，对值的任何部分修改，整个值都会改变
• 意味着读写访问其中一个属性，都需要读写整个值

一个写的操作到元祖元素需要写入整个元祖。意味着他们有两个访问到 playerInformation 在重叠的区间，造成冲突

var playerInformation = (health: 10, energy: 20)
balance(&playerInformation.health, &playerInformation.energy)
// Error: Conflicting access property of playerInformation 

当不是全局变量而是局部变量时是安全的

func someFunction() {
     var oscar = Player(name: "Oscar", health: 10, energy: 10)
     balance(&oscar.health, &oscar.energy) // OK
}

👇几种情况访问结构体的属性是安全的

• 只访问实例的存储属性，而不是计算属性和类属性
• 结构体是一个局部变量的值，而不是全局变量
• 结构体不是被任何闭包捕获 OR 仅被非逃逸闭包捕获