Swift进阶03: 值类型 & 引用类型

值类型

值类型是一种当它被指定到常量或者变量，或者被传递给函数时会被拷贝的类型。
Swift 中所有的基本类型——整数，浮点数，布尔量，字符串，数组和字典——都是值类型，并且都以结构体的形式在后台实现。
Swift 中所有的结构体和枚举都是值类型

内存的五大分区

• Stack (局部变量 & 调用上下文)，系统管理的，是连续的内存空间
• Heap （new & malloc），程序员管理，类似于链表
• 全局区
• 字符区（字符串 & 常量）
• __text（指令，即代码段）

内存地址

• 栈区的地址 比 堆区的地址 大
• 栈是从高地址->低地址，向下延伸，由系统自动管理，是一片连续的内存空间
• 堆是从低地址->高地址，向上延伸，由程序员管理，堆空间结构类似于链表，是不连续的
• 日常开发中的溢出是指堆栈溢出，可以理解为栈区与堆区边界碰撞的情况
• 全局区、常量区都存储在Mach-O中的__TEXT cString段

什么是值类型

通过下列代码来分析值类型

func test(){
    //栈区声明一个地址，用来存储age变量
    var age = 18
    //传递的值
    var age2 = age
    //age、age2是修改独立内存中的值
    age = 30
    age2 = 45
    
    print("age=\(age),age2=\(age2)")
}
test()

从例子中可以得出，age存储在栈区

• 查看age的内存情况，从图中可以看出，栈区直接存储的是值
  • 获取age的栈区地址：po withUnsafePointer(to: &age) { print($0) }
  • 查看age的内存情况：x/8g 0x00007ffeefbff480

值类型

• 查看age2的情况，从下图中可以看出，age2的赋值相当于将age中的值拿出来，赋值给了age2。其中age 与 age2 的地址 相差了8字节，从这里可以说明栈空间是连续的、且是从高到低的

值类型

从上面可以得出，age就是值类型
值类型的特点

• 地址中存储的是值
• 值类型的传递过程中，相当于传递了一个副本，也就是所谓的深拷贝
• 值传递过程中，并不共享状态

结构体

结构体的初始化

定义一个结构体

// ***** 未定义init方法 *****
struct HTTeacher {
    var age: Int = 18
    func teacher() {
        print("teacher")
    }
}

// ***** 自定义init方法 *****
struct HTTeacher {
    var age: Int = 18
    func teacher() {
        print("teacher")
    }
    init(age: Int) {
        self.age = age
    }
}

var t = HTTeacher(age: 20)

• 在结构体中，如果不给属性默认值，编译是不会报错的。即在结构体的定义中，属性可以赋值，也可以不赋值
• init方法可以重写，也可以使用系统默认的

结构体的SIL分析

• 如果没有自定义init方法，系统会提供默认的初始化方法
  默认初始化方法
• 如果提供了自定义的init方法，就只有自定义的方法
  自定义初始化方法

结构体是值类型

定义一个结构体，并进行分析

struct HTTeacher {
    var age: Int = 18
    var age2: Int = 20
}
var t = HTTeacher()
print("end")

• 通过po t发现，打印结果就是值，没有任何与地址有关的信息

结构体

• 获取t的内存地址，并查看其内存情况

  • 获取t的地址：po withUnsafePointer(to: &t) { print($0) }
  • 查看内存情况：x/8g 0x0000000100008178
  结构体

问题：此时将t赋值给t1，如果修改了t1，t会发生改变吗？

当 t2 被赋予 t 的当前值，存储在 t中的值就被拷贝给了新的 t2实例。这最终的结果是两个完全不同的实例，它们只是碰巧包含了相同的数字值。由于它们是完全不同的实例， t2的age被设置 30并不影响 t中 age存储的值。

结构体

SIL分析

生成SIL文件：swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle >> ./main.sil && open main.sil
在SIL文件中，我们查看结构体的初始化方法，可以发现只有init，而没有malloc，在其中看不到任何关于堆区的分配

结构体

总结

• 结构体是值类型，且结构体的地址就是第一个成员的内存地址
• 值类型
  • 在内存中直接存储值
  • 值类型的赋值，是一个值传递的过程，即相当于拷贝了一个副本，存入不同的内存空间，两个空间彼此间并不共享状态
  • 值传递其实就是深拷贝

mutating 方法异变

结构体和枚举是值类型。默认情况下，值类型属性不能被自身的实例方法修改。

image

• 修改push方法如下，查看SIL文件：swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle >> ./main.sil && open main.sil

sil
从上图中可以看出，push函数除了item，还有一个默认参数self，这两个参数都是let类型，是不允许修改的

• 如果你需要在特定的方法中修改结构体或者枚举的属性，你可以选择将这个方法异变。
• 你可以选择在 func关键字前放一个 mutating关键字来使用这个行为

struct HTStack {
    var items: [Int] = []
    mutating func push(_ item: Int) {
        items.append(item)
    }
}

查看SIL文件，找到 push函数，发现与之前有所不同。添加 mutating后，本质是给值类型函数添加了 inout关键字，相当于在值传递过程中，传递的是引用（即地址）

sil

inout关键字

一般情况下，在函数、方法的声明中，参数都是默认不可变的，如果想要直接修改，需要给参数加上 inout关键字。

• 未加 inout关键字，给参数赋值，编译报错

未加inout

• 添加 inout关键字，可以给参数赋值，调用的时候需要加上 &

inout关键字

总结

• 结构体中的函数如果想修改其中的属性，需要在函数前加上 mutating，而类则不用
• mutating的本质是给 self加了 inout关键字
• inout相当于取地址，可以理解为地址传递，即引用
• mutating修饰方法，inout修饰参数

引用类型-类

类的定义

struct HTTeahcer {
    var age: Int = 18
    var age2: Int = 20
}

class HTTeacher1 {
    var age: Int = 18
    var age2: Int = 20
}

//结构体：值类型
var t = HTTeahcer()
// 类： 引用类型
// t1 存储在全局区
var t1 = HTTeacher1()

打印t、t1， 从下图中可以发现，t中存储的是值，t1内存空间中存储的是地址

值类型&引用类型

获取t1变量的地址，并查看内存情况

• 获取t1的指针地址：po withUnsafePointer(to: &t1) { print($0) }
• 查看t1全局区内存地址内存情况：x/8g 0x0000000100008368
• 查看t1地址中存储的堆区地址内存情况： x/8g 0x00000001004425d0

引用类型

引用类型的特点

• 1、地址中存储的是 堆区地址
• 2、堆区地址中存储的是 值

问题1：此时将t1赋值给t2，如果修改了t2，会导致t1修改吗？

• 通过lldb调试得知，修改t2的值，会导致t1改变。主要是因为 t1、t2地址中存储的是同一个堆区地址，如果修改，修改的是同一个堆区地址，所以修改t2会导致t1一起修改，即浅拷贝

引用类型

问题2:如果结构体中包含类对象，此时如果修改t1中的实例对象属性，t会改变吗？
代码如下：

struct HTTeahcer {
    var age: Int = 18
    var age2: Int = 20
    var teacher: HTTeacher1 = HTTeacher1()
}
class HTTeacher1 {
    var age: Int = 18
    var age2: Int = 20
}

var t = HTTeahcer()

var t1 = t
t1.teacher.age = 30

print(t.teacher.age)    // 30
print(t1.teacher.age)   // 30

虽然在结构体中是值传递，但是对于teacher，由于是引用类型，所以传递的依然是地址

注意：在编写代码过程中，应该尽量避免值类型包含引用类型

SIL分析

查看当前的SIL文件，尽管HTTeacher1是放在值类型中的，在传递的过程中，不管是传递还是赋值，teacher都是按照引用计数开始管理的

SIL

通过po CFGetRetainCount(t.teacher)查看，teacher的引用计数为3

SIL分析

主要是因为：

• main中retain一次
• teacher.getter方法中retain一次
• teacher.setter方法中retain一次

SIL分析

总结

通过上述 LLDB查看结构体和类的内存模型，有以下结论：

• 值类型，相当于一个本地Excel，当我们给你一个 excel文件时，就相当于一个值类型传递，你修改了什么我们时不知道的
• 引用类型，相当于一个在线表格，当我们和你共同编辑一个在线表格时，就相当于一个引用类型传递，两边都会看到修改的内容
• 结构体中方法修改属性，需要在方法前添加 mutating关键字，本质是给函数的默认参数 self添加 inout关键字，将 self从 let变量变成 var变量