Swift5.0 - day8-内存访问冲突、指针

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
      • 内存访问冲突的原因:numstep 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 stepnum 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:$0withUnsafeMutablePointer(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) 
        
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