第三节课：指针

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（raw pointer）

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

我们可以看下下面的代码，看看结果如何？

//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()

指针01.png

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。

通过修改advanced(by:)指定存储时的步长

p.advanced(by: i * 8).storeBytes(of: i + 1, as: Int.self)

指针02.png

typed pointer

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


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


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


withUnsafePointer(to: &age){$0}

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)

<--输出结果-->
10

改变属性

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C语言中
char *p = “HZM” 中的 *p，访问HZM通过是 *p来访问

var age = 10
age = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
    //返回Int整型值
    return ptr.pointee + 18
}
print(age)

直接修改：可以通过withUnsafeMutablePointer方法

var age = 10
withUnsafeMutablePointer(to: &age) { ptr in
    ptr.pointee += 12
}

还有一种直接修改的方式：通过allocate创建UnsafeMutablePointer

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()

指针实战应用

1.访问结构体实例对象

struct HZMTeacher {
    var age = 10
    var height = 1.86
}
var t = HZMTeacher()

使用UnsafeMutablePointer创建指针，并通过指针访问HZMTeacher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HZMTeacher大小的空间
let ptr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 2)
//初始化第一个空间
ptr.initialize(to: HZMTeacher())
//移动，初始化第2个空间
ptr.successor().initialize(to: HZMTeacher(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

指针03.png

可以通过ptr + 1或者successor() 或者advanced(by: 1)


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


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


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

我们可以对比下上面的原生指针

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 ptr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 2)
//初始化第一个空间
ptr.initialize(to: HZMTeacher())
//移动，初始化第2个空间
ptr.advanced(by: 1).initialize(to:  HZMTeacher(age: 20, height: 1.75))

这里的ptr如果使用advanced(by: MemoryLayout.stride)即16*16字节大小（对应i * 8），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)

2.实例对象绑定到struct内存

使用如下代码

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

class HZMTeacher{
    var age = 18
}

var t = HZMTeacher()

将t绑定进我们结构体内存中

获取实例变量内存地址
绑定到结构体内存,返回值是UnsafeMutablePointer
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)

指针04.png

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

指针05.png

绑定到类结构

将swift中的类结构定义成一个结构体

struct HZM_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HZM_swift_class

//1、绑定到HZM_swift_class
let metaPtr = heapObject.pointee.kind.bindMemory(to: HZM_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 HZM_swift_class的类结构是一样的

指针06.png

3.元组指针类型转换

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))
}

或者直接告诉编译器转换成具体的类型

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

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){
   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))
}

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

指针07.png

通过withMemoryRebound临时绑定内存类型，在作用域外还是原类型

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

指针类型分两种
typed pointer 指定数据类型指针，即 UnsafePointer + 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

Swift进阶03：指针

指针