iOS大鑫

iOS开发-Swift进阶之指针！

本文主要介绍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,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：

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

对于指针的内存管理是需要手动管理的
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()

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，但是存储是直接在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)
}

修改后的运行结果如下

type pointer

作为一个开发者，有一个学习的氛围跟一个交流圈子特别重要，这是一个我的iOS开发交流群：130 595 548，不管你是小白还是大牛都欢迎入驻，让我们一起进步，共同发展！（群内会免费提供一些群主收藏的免费学习书籍资料以及整理好的几百道面试题和答案文档！）

在前几篇文章中，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


@inlinable public func withUnsafePointer(to value: inout T, _ body: (UnsafePointer) throws -> Result) rethrows -> Result


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


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


//其中p1的类型是 UnsafePointer
let p1 = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
    return ptr
}

由于withUnsafePointer方法中的闭包属于单一表达式，因此可以省略参数、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)


10

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 = “CJL” 中的 *p，因为访问CJL通过 *p

var age = 10
age = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
    //返回Int整型值
    return ptr.pointee + 12
}
print(age)

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
}

直接修改方式2：通过allocate创建UnsafeMutablePointer，需要注意的是
- initialize 与 deinitialize是成对的
- deinitialize中的count与申请时的capacity需要一致
- 需要deallocate

var age = 10
//分配容量大小，为8字节
let ptr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 1)
//初始化
ptr.initialize(to: age)
ptr.deinitialize(count: 1)

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

//释放
ptr.deallocate()

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()

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.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()

需要注意的是，第二个空间的初始化不能通过advanced(by: MemoryLayout.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)


(ptr + 1).initialize(to: CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))


ptr.successor().initialize(to: CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))


ptr.advanced(by: 1).initialize(to:  CJLTeacher(age: 20, height: 1.75))

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，必须指定每次移动的步长

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)
}

这里的ptr如果使用advanced(by: MemoryLayout.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.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))

实战2：实例对象绑定到struct内存

定义如下代码

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

class CJLTeacher{
    var age = 18
}

var t = CJLTeacher()

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
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
/*
 - 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)

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
将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
}

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)

运行结果如下，其本质原因是因为 metaPtr 和 cjl_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
func testPointer(_ p : UnsafePointer){
    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))
}

或者告诉编译器转换成具体的类型

func testPointer(_ p: UnsafeRawPointer){
    p.assumingMemoryBound(to: Int.self)
}

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

代码如下：

struct HeapObject {
    var strongRef: UInt32 = 10
    var unownedRef: UInt32 = 20
}

func testPointer(_ p: UnsafePointer){
   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) in
    //获取变量
    let strongRef = UnsafeRawPointer(ptr) + MemoryLayout.offset(of: \HeapObject.strongRef)!
    //传递strongRef属性的值
    testPointer(strongRef.assumingMemoryBound(to: Int.self))
}

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){
   print(p)
}
let ptr = withUnsafePointer(to: &age) {$0}
ptr.withMemoryRebound(to: Int64.self, capacity: 1) { (ptr: UnsafePointer)  in
    testPointer(ptr)
}

总结