Swift inout参数本质

输入输出参数 (In-Out Parameter)

• 可以用inout定义一个输入输出参数:可以在函数内部修改外部实参的值

func swapValues(_ v1: inout Int, _ v2: inout Int) {
    let tmp = v1
    v1 = v2
    v2 = tmp
}
var num1 = 10
var num2 = 20
swapValues(&num1, &num2)
func swapValues(_ v1: inout Int, _ v2: inout Int) {
    (v1, v2) = (v2, v1)
}

• 可变参数不能标记为inout
• inout参数不能有默认值
• inout参数只能传入可以被多次赋值的
• inout参数的本质是地址传递 (引用传递)

验证:inout参数的本质是地址传递 (引用传递)

var number = 10

func test(_ num: inout Int) {
    num = 20
}

test(&number)

对应汇编:

inout汇编.jpeg

注:%rip的值是下条汇编指令的地址值

1,从第5行汇编可以看出全局变量number的地址为:0x5479(%rip)
0x5479(%rip):0x100002cef + 0x5479 = 0x100008168

2,从第7行汇编将立即数$0xa (10) 放到0x546c(%rip)地址中
0x546c(%rip):0x100002cfc + 0x546c = 0x100008168

也就是将10赋值给变量number

3,从第15行汇编leaq指令将地址0x544a(%rip) 传递给寄存器%rdi(也就是方法的参数)
0x544a(%rip):0x100002d1e + 0x544a = 0x100008168

也就是将number的地址作为参数传递给方法test

4,第16行汇编callq 0x100002d40,调用test方法。

test方法汇编:

test方法汇编.jpeg

1,从第6行汇编可以看出将立即数$0x14(20)放入到了%rdi存储的内存地址中,而%rdi存储的就是number的地址。

可以在lldb工具中,输入以下命令查看%rdi中存储的值:
(lldb) register read rdi
rdi = 0x0000000100008168 AccessTest`AccessTest.number : Swift.Int

0x0000000100008168就是number的内存地址

并且从第一张图片中汇编代码可以看出,调用test方法之后并没有赋值操作(mov指令),所以number的赋值是在test方法里完成的。

结论:

inout参数的本质是地址传递 (引用传递),不是像网上说的将number的值传到方法里,然后方法将新值返回出去,然后在方法外将新值赋给number。

值传递汇编分析

var number = 10
func test(_ num: Int) {
}
test(number)

对应汇编:

值传递汇编.jpeg

1,从第5条汇编指令可以看出全局变量number的地址为:0x5479(%rip)
0x5479(%rip):0x100002cef + 0x5479 = 0x100008168

2,从第7条汇编指令看出将立即数$0xa(10)放到0x546c(%rip)地址中
0x546c(%rip):0x100002cfc + 0x546c = 0x100008168

也就是将10赋值给number

3,从第15条汇编mov指令将0x544a(%rip)地址里的值传给%rdi
0x544a(%rip):0x100002d1e + 0x544a = 0x100008168

也就是将number里的值10赋值给%rdi

4,第17条汇编mov指令将%rdi里的值(10)赋值给-0x30(%rbp)地址

5,第20条汇编mov指令将-0x30(%rbp)地址里的值(10)赋值给函数参数寄存器%rdi

6,第21条汇编指令调用test函数,参数为%rdi里的10

总结:

可以看出inout传参时用的leaq指令(地址传递),值传递时用的mov指令(值传递)。

存储属性,属性观察器、计算属性作为inout参数本质

struct Shape {
    var width: Int // 存储属性
    var side: Int { // 带属性观察器的存储属性
        willSet {
            print("willSetSide", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSetSide", oldValue, side)
        }
    }
    var girth: Int { // 计算属性
        set {
            width = newValue/side
            print("setGirth", newValue)
        }
        get {
            print("getGirth")
            return width*side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
    }
}

func test(_ num: inout Int) {
    num = 20
}

• 存储属性

var s = Shape(width: 10, side: 4)
test(&s.width)
s.show()

本质:地址传递
证明:

存储属性.jpeg

1,从第24条leaq指令可以看出将0x63ee(%rip)这个全局变量的地址,传递给寄存器%rdi,作为调用函数的参数。

2,第24条指令后面已经标明0x63ee(%rip)是变量s的地址

3,由于width是存储属性,存储属性是直接存储在结构体s变量里的;width是s的第一个属性,所以width的地址值和变量s的地址重合。

结论:

存储属性作为inout参数,是直接传递的属性的地址。

• 计算属性

func test(_ num: inout Int) {
    print("--test--")
    num = 20
}
var s = Shape(width: 10, side: 4)
test(&s.girth)
s.show()

打印:

getGirth
--test--
setGirth 20
getGirth
width=5, side=4, girth=20

本质:
由于计算属性的本质是方法,不会占用变量s的内存空间。
1,首先调用girth的getter方法,将girth的值放到一个临时的变量里。
2,将临时变量的地址值传递到test方法里。
3,在test方法里修改临时变量的值。
4,调用girth的setter方法,将临时变量里的值赋值给girth。

汇编:

计算属性.jpeg

1,第27条汇编指令调用girth的getter方法
2,第28条汇编指令将getter方法返回的值(%rax)放到临时变量-0x28(%rbp)地址中
3,第29条汇编指令将-0x28(%rbp)地址传递给参数寄存器%rdi中
4,第30条汇编指令调用test方法
5,第31条汇编指令将临时变量-0x28(%rbp)地址里的值,赋值给参数寄存器%rdi
6,第33条汇编指令调用girth的setter方法,将寄存器%rdi里的值赋给girth

结论:

计算属性作为inout参数,会生成临时变量,将临时变量的地址传递给函数。

• 带属性观察器的存储属性

func test(_ num: inout Int) {
    print("--test--")
    num = 20
}

var s = Shape(width: 10, side: 4)
test(&s.side)
s.show()

打印:

--test--
willSetSide 20
didSetSide 4 20
getGirth
width=10, side=20, girth=200

本质:
1,将side的值赋给临时变量
2,将临时变量的地址传递给test方法
3,test方法修改临时变量的值
4,调用side的setter方法,将临时变量的值赋给side
5,触发willSet、didSet属性观察器

汇编:

属性观察器.jpeg

1,第25条指令将side的值赋给寄存器%rax
2,第26条指令将寄存器%rax里的值传给临时变量-0x28(%rbp)
3,第27条指令(leaq)将临时变量-0x28(%rbp)地址传给参数寄存器%rdi
4,第28条指令调用test方法
5,第29条指令将临时变量-0x28(%rbp)里的值传给参数寄存器%rdi
6,第31条指令调用side的setter方法,触发属性观察器

side的setter方法的汇编:

setter.jpeg

可以看到setter方法里调用了willSet和didSet方法。

结论:

带属性观察器的存储属性作为inout参数,是将临时变量的地址传递给方法,然后调用属性的setter方法,触发属性观察器;这么做的原因就是为了触发属性的属性观察器。

inout的本质总结:

• 如果实参有物理内存地址,且没有设置属性观察器
√ 直接将实参的内存地址传入函数 (实参进行引用传递)

• 如果实参是计算属性 或者 设置了属性观察器

采取了Copy In Copy Out 的做法
√ 调用该函数时,先复制实参的值,产生副本 [get]
√ 将副本的内存地址传入函数 (副本进行引用传递),在函数内部可以修改副本的值
√ 函数返回后,再将副本的值覆盖实参的值 [set]

总结:

inout参数的本质是地址传递 (引用传递),不管什么情况都是传入一个地址。

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