Swift5.0 - day8-内存访问冲突、指针-阿里云开发者社区

一、内存访问冲突

1.1、内存访问冲突会在两个访问满足下列条件时发生

(1)、至少一个是写入操作
(2)、它们访问的是同一块内存
(3)、它们访问的时间重叠(比如在同一个函数内)
如下：不存在 内存访问冲突

func plus(_ num: inout Int) -> Int {
     num + 1
}
var number = 1
number = plus(&number)
print(number)

如下：存在内存访问冲突

内存访问冲突的原因：num 和 step 是同一块内存地址，同一时间访问就会出现内存访问冲突

解决内存访问冲突的办法如下，这样 step 和 num 就不是同一块内存地址

var copyStep = step
increment(&copyStep)
step = copyStep
print(step)

1.2、如下全局范围内的内存冲突

func balance(_ x: inout Int, _ y: inout Int) {
    let sum = x + y
    x = sum / 2
    y = sum - x
}
var num1 = 42
var num2 = 30
balance(&num1, &num2) // OK balance(&num1, &num1) // Error
struct Player {
    var name: String
    var health: Int
    var energy: Int
    mutating func shareHealth(with teammate: inout Player) {
         balance(&teammate.health, &health)
    }
}
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
var tulpe = (health: 10, energy: 20) // Error
balance(&tulpe.health, &tulpe.energy)
var holly = Player(name: "Holly", health: 10, energy: 10) // Error
balance(&holly.health, &holly.energy)

内存访问冲突的原因是：同一时间访问同一块内存地址

元组的各个成员是同一块内存地址，不可同时读取访问

1.3、如果下面的条件可以满足，就说明重叠访问结构体的属性是安全的

你只访问实例存储属性，不是计算属性或者类属性
结构体是局部变量而非全局变量
结构体要么没有被闭包捕获要么只被非逃逸闭包捕获

func balance(_ x: inout Int, _ y: inout Int) {
    let sum = x + y
    x = sum / 2
    y = sum - x
}
struct Player {
    var name: String
    var health: Int
    var energy: Int
    mutating func shareHealth(with teammate: inout Player) {
        balance(&teammate.health, &health)
    }
}
func test() {
    var tulpe = (health: 10, energy: 20)
    balance(&tulpe.health, &tulpe.energy)
    var holly = Player(name: "Holly", health: 10, energy: 10)
    balance(&holly.health, &holly.energy)
}
test()

提示：上面的代码不会造成内存冲突，因为是放在 test() 里面，是在栈空间，在局部作用域内有效，那么就认为是安全的

二、指针

2.1、Swift中也有专门的指针类型，这些都被定性为“Unsafe”(不安全的)，常见的有以下4种类型 , 含有 Mutable 代表可以修改内存

UnsafePointer<Pointee> 类似于 const Pointee * // const 不可修改
UnsafeMutablePointer<Pointee> 类似于 Pointee *
UnsafeRawPointer 类似于 const void *
UnsafeMutableRawPointer 类似于 void *

var age = 10
func test1(_ ptr: UnsafeMutablePointer<Int>) {
     ptr.pointee += 10
}
func test2(_ ptr: UnsafePointer<Int>) {
     print(ptr.pointee)
}
test1(&age)
test2(&age) // 20
print(age) // 20

ptr.pointee 是取出 ptr 所指向的数据

var age = 10
func test3(_ ptr: UnsafeMutableRawPointer) {
   ptr.storeBytes(of: 20, as: Int.self)
}
func test4(_ ptr: UnsafeRawPointer) {
   print(ptr.load(as: Int.self))
}
test4(&age)  // 10
test3(&age)  // 20
print(age)  // 20

2.2、指针的应用示例：数组遍历

var arr = NSArray(objects: 11, 22, 33, 44)v
arr.enumerateObjects { (obj, idx, stop) in
     print(idx, obj)
     if idx == 2 { // 下标为2就停止遍历
        stop.pointee = true
     }
}
var arr = NSArray(objects: 11, 22, 33, 44)
for (idx, obj) in arr.enumerated() {
    print(idx, obj)
    if idx == 2 {
        break
    }
}

推荐 for 循环遍历，可读性高

2.3、获得指向某个变量的指针

var age = 11
var ptr1 = withUnsafeMutablePointer(to: &age) { $0 }
var ptr2 = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
ptr1.pointee = 22
print(ptr2.pointee) // 22
print(age) // 22
var ptr3 = withUnsafeMutablePointer(to: &age) { 
    UnsafeMutableRawPointer($0) 
}
var ptr4 = withUnsafePointer(to: &age) { 
    UnsafeRawPointer($0) 
}
ptr3.storeBytes(of: 33, as: Int.self)
print(ptr4.load(as: Int.self)) // 33
print(age) // 33

提示：$0：withUnsafeMutablePointer(to: &T, <#T##body: (UnsafeMutablePointer<T>) throws -> Result) 返回值的类型就是闭包表达式的返回值类型

2.4、获得指向堆空间实例的指针

class Person {}
var person = Person()
var ptr = withUnsafePointer(to: &person) { UnsafeRawPointer($0) }
// person 变量的地址值
var personObjAddress =  ptr.load(as: UInt.self)
// 通过 person 变量的地址值 来获取  Person 在堆空间的地址值
var heapPtr = UnsafeRawPointer(bitPattern: personObjAddress )
print(heapPtr!)
// Mems 工具
print(Mems.ptr(ofRef: person))

提示：

personObjAddress 是 person变量的地址

heapPtr 是 Person 在堆空间的地址值

2.5、创建指针(在 HandyJSON 里面会经常看到这些指针)

通过传变量地址来获取对象在堆空间的内存地址 UnsafeRawPointer(bitPattern: 变量地址)

var ptr = UnsafeRawPointer(bitPattern: 0x100001234)

malloc 来创建指针

// 创建
var ptr = malloc(16)
// 存
// 前 8 个字节放 11
ptr?.storeBytes(of: 11, as: Int.self)  
// 偏移 8 个字节(也就是后 8 个字节)放  22
ptr?.storeBytes(of: 22, toByteOffset: 8, as: Int.self) 
// 取
// 取前 8 个字节的值
print((ptr?.load(as: Int.self))!) // 11
// 偏移 8 个字节，取后 8 个字节的值
print((ptr?.load(fromByteOffset: 8, as: Int.self))!) // 22
// 销毁 指针
free(ptr)

提示：ByteOffset 代表位数偏移

UnsafeMutableRawPointer.allocate 来创建指针

var ptr = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 16, alignment: 1)
// 前 8 个字节存值 11
ptr.storeBytes(of: 11, as: Int.self)
// 后 8 个字节存值 22
ptr.advanced(by: 8).storeBytes(of: 22, as: Int.self)
// 取前 8 个字节
print(ptr.load(as: Int.self)) // 11
// 取后 8 个字节
print(ptr.advanced(by: 8).load(as: Int.self)) // 22 
ptr.deallocate()

byteCount: 字节数 alignment 对齐方式

UnsafeMutablePointer 泛型的来创建指针

var ptr = UnsafeMutablePointer<Int>.allocate(capacity: 3)
ptr.initialize(to: 11) //  0x0 第一个 Int
ptr.successor().initialize(to: 22)  // 0x8  第二个 Int
ptr.successor().successor().initialize(to: 33) // 0x10 第三个 Int
print(ptr.pointee) // 11
print((ptr + 1).pointee) // 22
print((ptr + 2).pointee) // 33
print(ptr[0]) // 11
print(ptr[1]) // 22
print(ptr[2]) // 33
//反初始化释放内存空间
ptr.deinitialize(count: 3)
ptr.deallocate()

capacity :容量，如果泛型是 Int，capacity: 3 ,代表 3 个 Int 类型的空间

ptr.successor()后继：相当于跳 8 个字节

2.6、比较复杂的方式创建指针

class Person {
      var age: Int
      var name: String
      init(age: Int, name: String) {
          self.age = age
          self.name = name
      }
      deinit { print(name, "deinit") }
}
// 创建 3 个 Person 对象的指针
var ptr = UnsafeMutablePointer<Person>.allocate(capacity: 3)
ptr.initialize(to: Person(age: 10, name: "Jack"))
(ptr + 1).initialize(to: Person(age: 11, name: "Rose"))
(ptr + 2).initialize(to: Person(age: 12, name: "Kate"))
ptr.deinitialize(count: 3)
ptr.deallocate()
// Jack deinit
// Rose deinit
// Kate

提示：一定要执行：ptr.deinitialize(count: 容量) ，否则会有内存泄漏

2.7、指针之间的转换

assumingMemoryBound 来转换

var ptr = UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: 16, alignment: 1)
ptr.assumingMemoryBound(to: Int.self).pointee = 11
(ptr + 8).assumingMemoryBound(to: Double.self).pointee = 22.0
ptr.deallocate()

unsafeBitCast 是忽略数据类型的强制转换，不会因为数据类型的变化而改变原来的内存数据，仅仅是最底层二进制数据的迁移，类似于C++中的 reinterpret_cast

class Person {}
var person = Person()
var ptr = unsafeBitCast(person, to: UnsafeRawPointer.self)
print(ptr)

func unsafeBitCast<T, U>(_ x: T, to type: U.Type) -> U

第一个参数 T：想把睡进行转换

第二个参数 U.Type：想转换成什么类型

// 11
print(unsafeBitCast(ptr, to: UnsafePointer<Int>.self).pointee) 
// 22.0
print(unsafeBitCast(ptr + 8, to: UnsafePointer<Double>.self).pointee)

Swift5.0 - day8-内存访问冲突、指针

一、内存访问冲突

二、指针

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