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<T>,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<T> | 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()
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)
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
<!--定义-->
@inlinable public func withUnsafePointer<T, Result>(to value: inout T, _ body: (UnsafePointer<T>) throws -> Result) rethrows -> Result
<!--使用1-->
//其中p1的类型是 UnsafePointer<Int>
let p1 = withUnsafePointer(to: &age) { ptr in
return ptr
}
<!--使用2-->
var age = 10
let p = withUnsafePointer(to: &age) { $0 }
print(p)
<!--使用3-->
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<Int>.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<HZMTeacher>.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<HZMTeacher>.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)
<!--第2个初始化 方式一-->
(ptr + 1).initialize(to: HZMTeacher(age: 20, height: 1.75))
<!--第2个初始化 方式二-->
ptr.successor().initialize(to: HZMTeacher(age: 20, height: 1.75))
<!--第2个初始化 方式三-->
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<HZMTeacher>.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<HZMTeacher>.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<T>
- 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<T>
/*
- 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)
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
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
3.元组指针类型转换
var tul = (10, 20)
//UnsafePointer<T>
func testPointer(_ p : UnsafePointer<Int>){
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<Int>){
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<HeapObject>) in
//获取变量
let strongRef = UnsafeRawPointer(ptr) + MemoryLayout<HeapObject>.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
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<Int64>){
print(p)
}
let ptr = withUnsafePointer(to: &age) {$0}
ptr.withMemoryRebound(to: Int64.self, capacity: 1) { (ptr: UnsafePointer<Int64>) in
testPointer(ptr)
}
总结
指针类型分两种
typed pointer 指定数据类型指针，即 UnsafePointer<T> + 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
