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swift內(nèi)存管理指針類型使用實(shí)例詳解_Swift

作者：i_erlich ? 更新時(shí)間： 2022-12-23 編程語言

為什么說指針不安全

  • 我們在創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，是需要在堆上開辟內(nèi)存空間的 但是這個(gè)內(nèi)存空間的聲明周期是有限的 也就意味著如果使用指針指向這塊內(nèi)存空間，當(dāng)這塊內(nèi)存空間的生命周期結(jié)束（引用計(jì)數(shù)為0），那么當(dāng)前的指針就變成未定義的了
  • 創(chuàng)建的內(nèi)存空間是有邊界的，通過指針訪問的內(nèi)存空間超過已開辟內(nèi)存空間的邊界，也就是訪問了一個(gè)未知的內(nèi)存空間
  • 指針類型與內(nèi)存的值類型不一致，也不安全，這一點(diǎn)參考 swift指針&內(nèi)存管理-內(nèi)存綁定

指針類型

Swift中的指針分為兩類 typed pointer(指定指針數(shù)據(jù)類型) & raw pointer(原生指針-未指定指針數(shù)據(jù)類型)

如果需要開辟一段連續(xù)的內(nèi)存空間，就可以使用 unsafeBufferPointer, 當(dāng)然了unsafeMutableBufferPointer 就是可變的

連續(xù)的原生內(nèi)存空間 unsafeRawBufferPointer / unsafeMutableRawBufferPointer , 這種指針需要結(jié)合 指針內(nèi)存綁定來使用

原始指針-rawPointer 的使用

如何使用 rawPointer 來存儲(chǔ)4個(gè)整型的數(shù)據(jù)

在存儲(chǔ)之前，先了解幾個(gè)概念

print("MemoryLayout<Int>.size = \(MemoryLayout<Int>.size)")
print("MemoryLayout<Int>.stride = \(MemoryLayout<Int>.stride)")
print("MemoryLayout<Int>.alignment = \(MemoryLayout<Int>.alignment)")
print("MemoryLayout<Int32>.size = \(MemoryLayout<Int32>.size)")
print("MemoryLayout<Int32>.stride = \(MemoryLayout<Int32>.stride)")
print("MemoryLayout<Int32>.alignment = \(MemoryLayout<Int32>.alignment)")
print("MemoryLayout<Int16>.size = \(MemoryLayout<Int16>.size)")
print("MemoryLayout<Int16>.stride = \(MemoryLayout<Int16>.stride)")
print("MemoryLayout<Int16>.alignment = \(MemoryLayout<Int16>.alignment)")

結(jié)果：

MemoryLayout.size = 8

MemoryLayout.stride = 8

MemoryLayout.alignment = 8

MemoryLayout.size = 4

MemoryLayout.stride = 4

MemoryLayout.alignment = 4

MemoryLayout.size = 2

MemoryLayout.stride = 2

MemoryLayout.alignment = 2

MemoryLayout 是用來測定內(nèi)存的

stride是步長，也就是一段連續(xù)內(nèi)存空間 指定類型指針的偏移最小單位

alignment是對(duì)齊字節(jié)，一段連續(xù)內(nèi)存空間，指令讀取內(nèi)存數(shù)據(jù)，都是標(biāo)準(zhǔn)化操作，不會(huì)出現(xiàn)第一個(gè)整型讀了8字節(jié)，下一個(gè)整型讀了4字節(jié)這樣

然后我們進(jìn)行 4個(gè)整型的數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

首先開辟一塊內(nèi)存空間

UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: Int, alignment: Int)

byteCount: 開辟內(nèi)存空間的總的字節(jié)大小

alignment: 連續(xù)內(nèi)存空間中 每一個(gè)整型數(shù)據(jù)的對(duì)齊大小

然后存儲(chǔ) - UnsafeMutableRawPointer - storeBytes(of: T, as: T.Type)

of - 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

as - 存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的類型

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout<Int>.size, 
	alignment: MemoryLayout<Int>.stride)
	
for i in 0..<4 {
    mP.storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
	let mV = mP.load(as: Int.self)
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout<Int>.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}

結(jié)果

mV ===> 3

mV ===> 3

mV ===> 3

mV ===> 3

為什么不是 0， 1， 2， 3

這是因?yàn)?mP 指向 UnsafeMutableRawPointer.allocate 開辟出來的一段連續(xù)內(nèi)存空間首地址

mP.load(as: Int.self) 循環(huán)里每次取的都是 從首地址處取出 數(shù)據(jù)，所以總是一樣的3

調(diào)整之后

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout<Int>.size, 
	alignment: MemoryLayout<Int>.stride)
	
for i in 0..<4 {
    mP.storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout<Int>.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}

結(jié)果

mV ===> 3

mV ===> 0

mV ===> 16

mV ===> 0

這又是為何

因?yàn)?mP.storeBytes(of: i, as: Int.self) 每次也只是往 mP指向的連續(xù)內(nèi)存空間的首地址里存儲(chǔ)，所以最后存儲(chǔ)的 3會(huì)覆蓋前面的幾次寫值

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout<Int>.size, 
	alignment: MemoryLayout<Int>.stride)
	
for i in 0..<4 {
	// 正解
    mP.advanced(by: i * MemoryLayout<Int>.stride).storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout<Int>.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}

結(jié)果

mV ===> 0

mV ===> 1

mV ===> 2

mV ===> 3

也可以直接 計(jì)算具體指針位置進(jìn)行寫值，前提是必須知道指針的類型才可以

for i in 0..<4 {
    (mP + i * MemoryLayout<Int>.stride).storeBytes(of: i, as: Int.self)
}

size/stride/alignment的理解

情況一

struct IFLObject1 {
    var age: Int
    var gender: Bool
}

print("MemoryLayout<IFLObject1>.size = \(MemoryLayout<IFLObject1>.size)")
print("MemoryLayout<IFLObject1>.stride = \(MemoryLayout<IFLObject1>.stride)")
print("MemoryLayout<IFLObject1>.alignment = \(MemoryLayout<IFLObject1>.alignment)")

結(jié)果

MemoryLayout.size = 9

MemoryLayout.stride = 16

MemoryLayout.alignment = 8

情況二

class IFLobject2 {
    var age: Int = 0
    var gender: Bool = true
    var heigh: Double = 170
    var heigh2: Double = 170
    var heigh3: Double = 170
    var heigh4: Double = 170
}
print("MemoryLayout<IFLobject2>.size = \(MemoryLayout<IFLObject2>.size)")
print("MemoryLayout<IFLobject2>.stride = \(MemoryLayout<IFLObject2>.stride)")
print("MemoryLayout<IFLobject2>.alignment = \(MemoryLayout<IFLObject2>.alignment)")

結(jié)果

MemoryLayout.size = 8

MemoryLayout.stride = 8

MemoryLayout.alignment = 8

與結(jié)構(gòu)體不同的是，struct屬于值類型，棧上開辟空間，class 堆上開辟內(nèi)存空間，指針大小為8字節(jié)， 所以8字節(jié)對(duì)齊，步長也是8字節(jié)

泛型指針的使用

泛型指針相比原生指針來說，就是當(dāng)前指針綁定到了具體的類型

泛型指針訪問過程中，并不是使用store load 方法進(jìn)行存儲(chǔ) 取值操作，而是使用到泛型指針內(nèi)置的變量pointee

var age = 10
var age1 = withUnsafePointer(to: &age) {
    $0.pointee + 1
}
print("age1 = \(age1)")

結(jié)果

age1 = 11

另一種情況

var age = 10
withUnsafePointer(to: &age) {
    $0.pointee += 1
}

這種情況下 指針 0是不可變的，同時(shí)0 是不可變的，同時(shí)0是不可變的，同時(shí)0指向的內(nèi)容 $0.pointee也是不可變的, 如果要操作，調(diào)整如下

var age = 10
withUnsafeMutablePointer(to: &age) {
    $0.pointee += 1
}
print("age = \(age)")

結(jié)果

age = 11

還有一種方式直接分配內(nèi)存

var age = 10
let tPtr = UnsafeMutablePointer<Int>.allocate(capacity: 1)
tPtr.initialize(to: age)
print(tPtr.pointee)

結(jié)果

10

struct IFLObjStruct {
    var age: Int
    var height: Double
}
var tPtr = UnsafeMutablePointer<IFLObjStruct>.allocate(capacity: 5)
tPtr[0] = IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)
tPtr[1] = IFLObjStruct(age: 20, height: 171.0)
tPtr[2] = IFLObjStruct(age: 21, height: 172.0)
tPtr[3] = IFLObjStruct(age: 22, height: 173.0)
tPtr[4] = IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)

print(tPtr[4])

結(jié)果

IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)

還可以

struct IFLObjStruct {
    var age: Int
    var height: Double
}
var tPtr = UnsafeMutablePointer<IFLObjStruct>.allocate(capacity: 5)
tPtr[0] = IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)
tPtr[1] = IFLObjStruct(age: 20, height: 171.0)
tPtr[2] = IFLObjStruct(age: 21, height: 172.0)
tPtr[3] = IFLObjStruct(age: 22, height: 173.0)
tPtr[4] = IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)
tPtr.deinitialize(count: 5)
// 回收內(nèi)存空間
tPtr.deallocate()

tPtr = UnsafeMutablePointer<IFLObjStruct>.allocate(capacity: 5)
for i in 0..<5 {
    tPtr.advanced(by: i).initialize(to: IFLObjStruct(age: 19 + i * 5, height: 170.0 + Double(i * 5)))
}
for i in 0..<5 {
    print(tPtr.advanced(by: i).pointee)
}

結(jié)果

IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)

IFLObjStruct(age: 24, height: 175.0)

IFLObjStruct(age: 29, height: 180.0)

IFLObjStruct(age: 34, height: 185.0)

IFLObjStruct(age: 39, height: 190.0)

注意：

tPtr.advanced by 參數(shù) 含義是 只需要標(biāo)明移動(dòng)多少個(gè)指針內(nèi)存單位， 并不需要計(jì)算具體移動(dòng)的內(nèi)存塊字節(jié)大小，

因?yàn)?泛型指針已經(jīng) 指明了當(dāng)前內(nèi)存 綁定的具體類型， 與原生指針 adviced by 參數(shù)有所區(qū)別

一般情況下，我們會(huì)在 defer 中,也就是當(dāng)前程序運(yùn)行完成之后, 執(zhí)行 deinitialize 與 deallocate

原文鏈接：https://juejin.cn/post/7169234917270749215

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