• Swift 安全性
  • 使用前就初始化
  • 內(nèi)存在變量釋放后不能再訪問
  • 數(shù)組會(huì)檢查越界錯(cuò)誤
• Swift 還通過要求標(biāo)記內(nèi)存位置來確保代碼對(duì)內(nèi)存有獨(dú)占訪問權(quán)，以確保了同一內(nèi)存多訪問時(shí)不會(huì)沖突。
  • 了解一下什么情況下會(huì)潛在導(dǎo)致沖突
  • 避免寫出對(duì)內(nèi)存訪問沖突的代碼

理解內(nèi)存訪問沖突

• 出現(xiàn)場(chǎng)景：給變量賦值，或者傳遞參數(shù)給函數(shù)
• 比如說，下面代碼同時(shí)包含了讀取訪問和寫入訪問：

// 向 one 所在的內(nèi)存區(qū)域發(fā)起一次寫操作
var one = 1

// 向 one 所在的內(nèi)存區(qū)域發(fā)起一次讀操作
print("We're number \(one)!")

• 添加預(yù)算項(xiàng)進(jìn)入表里的時(shí)候，它只是在一個(gè)臨時(shí)的，錯(cuò)誤的狀態(tài)，因?yàn)榭倲?shù)還沒有被更新
• 在添加數(shù)據(jù)的過程中讀取總數(shù)就會(huì)讀取到錯(cuò)誤的信息。

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這里訪問沖突的討論是在單線程的情境下討論的，并沒有使用并發(fā)或者多線程。

在單線程遇到內(nèi)存訪問沖突，Swift 會(huì)保證你在要么編譯時(shí)要么運(yùn)行時(shí)得到錯(cuò)誤。

對(duì)于多線程的代碼，可以使用 Thread Sanitizer 去幫助檢測(cè)多線程的沖突

內(nèi)存訪問性質(zhì)

• 沖突會(huì)在兩個(gè)訪問，同時(shí)滿足以下條件時(shí)發(fā)生：
  • 至少一個(gè)是寫入訪問；
  • 它們?cè)L問的是同一塊內(nèi)存；
  • 它們的訪問時(shí)間重疊。
• 讀和寫訪問的區(qū)別
  • 寫訪問會(huì)改變存儲(chǔ)地址，而讀操作不會(huì)（存儲(chǔ)地址是指向正在訪問的東西（例如一個(gè)變量，常量或者屬性）的位置的值）
• 內(nèi)存訪問的時(shí)長(zhǎng)要么是瞬時(shí)的，要么是長(zhǎng)期的
• 瞬時(shí)訪問：一個(gè)訪問在啟動(dòng)后其他代碼不能執(zhí)行直到它結(jié)束后才能
• 兩個(gè)即時(shí)訪問不能同時(shí)發(fā)生
• 大多數(shù)內(nèi)存訪問都是即時(shí)

func oneMore(than number: Int) -> Int {
    return number + 1
}

var myNumber = 1
myNumber = oneMore(than: myNumber)
print(myNumber)
// 打印“2”

• 長(zhǎng)期訪問：會(huì)在別的代碼執(zhí)行時(shí)持續(xù)進(jìn)行
  • 長(zhǎng)期訪問，可被別的長(zhǎng)期訪問、訪問重疊
• 重疊訪問場(chǎng)景
  • 使用 in-out 參數(shù)的函數(shù)和方法
  • 結(jié)構(gòu)體的 mutating 方法里

In-Out 參數(shù)的訪問沖突

• 沖突本質(zhì)：一個(gè)函數(shù)會(huì)對(duì)它所有的 in-out 參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期寫訪問
• 順序：
  • 所有非 in-out 參數(shù)處理完之后開始，直到函數(shù)執(zhí)行完畢為止
  • 有多個(gè) in-out 參數(shù)，則寫訪問開始的順序與參數(shù)的順序一致
• 不能在訪問以 in-out 形式傳入后的原變量，即使作用域原則和訪問權(quán)限允許

var stepSize = 1// 全局變量

func increment(_ number: inout Int) {
    number += stepSize //  stepSize 的讀訪問與 number 的寫訪問重疊了
}

increment(&stepSize)
// 錯(cuò)誤：stepSize 訪問沖突

• number 和 stepSize 都指向了同一個(gè)存儲(chǔ)地址
• 同一塊內(nèi)存的讀和寫訪問重疊了

image

• 解決 inout 參數(shù)訪問沖突：拷貝一份 stepSize

// Make an explicit copy.
var copyOfStepSize = stepSize
increment(&copyOfStepSize)
 
// Update the original.
stepSize = copyOfStepSize
// stepSize is now 2
// stepSize is now 2

• 讀訪問在寫操作之前就已經(jīng)結(jié)束了，所以不會(huì)有沖突。

• 同一個(gè)函數(shù)的多個(gè) in-out 參數(shù)里傳入同一個(gè)變量，產(chǎn)生沖突

func balance(_ x: inout Int, _ y: inout Int) {
    let sum = x + y
    x = sum / 2
    y = sum - x
}
var playerOneScore = 42
var playerTwoScore = 30
balance(&playerOneScore, &playerTwoScore)  // 正常, 訪問的是不同的內(nèi)存位置
balance(&playerOneScore, &playerOneScore)// 同時(shí)訪問同一個(gè)的存儲(chǔ)地址。
// 錯(cuò)誤：playerOneScore 訪問沖突

操作符也是函數(shù)，也會(huì)對(duì) in-out 參數(shù)進(jìn)行長(zhǎng)期訪問

balance(_:_:) 是一個(gè)名為 <^> 的操作符函數(shù)，那么 playerOneScore <^> playerOneScore 也會(huì)造成像 balance(&playerOneScore, &playerOneScore) 一樣的沖突

方法里 self 的訪問沖突

• 本質(zhì)：結(jié)構(gòu)體的 mutating 方法會(huì)在調(diào)用期間對(duì) self 進(jìn)行寫訪問

struct Player {
    var name: String
    var health: Int
    var energy: Int

    static let maxHealth = 10
    mutating func restoreHealth() {
        health = Player.maxHealth
    }
}

• 不管有沒有調(diào)用 self，只要 標(biāo)記了mutating

  • 在上面的 restoreHealth() 方法里，一個(gè)對(duì)于 self 的寫訪問會(huì)從方法開始直到方法 return
  • 不可以對(duì) Player 實(shí)例的屬性發(fā)起重疊的訪問

• shareHealth(with:) 接受另一個(gè) Player 的實(shí)例作為 in-out 參數(shù)，有訪問重疊的可能性

extension Player {
    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)  // 正常

• 把 oscar 玩家的血量分享給 maria 玩家
  • 方法調(diào)用時(shí)會(huì)對(duì) oscar 發(fā)起寫訪問，在 mutating 方法里 self 就是 oscar
  • maria 也會(huì)發(fā)起寫訪問，因?yàn)?maria 作為 in-out 參數(shù)傳入
  • 訪問內(nèi)存的不同位置。即使兩個(gè)寫訪問重疊了，它們也不會(huì)沖突

img

oscar.shareHealth(with: &oscar)
// 錯(cuò)誤：oscar 訪問沖突

• self 和 teammate 都指向了同一個(gè)存儲(chǔ)地址
• 同一塊內(nèi)存同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)寫訪問，并且它們重疊了，就此產(chǎn)生了沖突

image

oscar.shareHealth(with: &oscar)
// 錯(cuò)誤：oscar 訪問沖突

• self 和 teammate 都指向了同一個(gè)存儲(chǔ)地址
• 同一塊內(nèi)存同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)寫訪問，并且它們重疊了，就此產(chǎn)生了沖突

image

屬性的訪問沖突

• 出現(xiàn)場(chǎng)景：
  • 值類型：結(jié)構(gòu)體，元組和枚舉，由多個(gè)獨(dú)立的值組成
  • 修改值的一部分都是對(duì)整個(gè)值的修改
  • 一個(gè)屬性的讀或?qū)懺L問都需要訪問整一個(gè)值
• 如，元組元素的寫訪問重疊會(huì)產(chǎn)生沖突：

var playerInformation = (health: 10, energy: 20)
balance(&playerInformation.health, &playerInformation.energy)
// 錯(cuò)誤：playerInformation 的屬性訪問沖突

• 傳入同一元組的元素對(duì) balance(_:_:) 進(jìn)行調(diào)用，產(chǎn)生了沖突，因?yàn)?playerInformation 的訪問產(chǎn)生了寫訪問重疊
• 作為 in-out 參數(shù)傳入
• 對(duì)于元組元素的寫訪問都需要對(duì)整個(gè)元組發(fā)起寫訪問

• 展示錯(cuò)誤：對(duì)于一個(gè)存儲(chǔ)在全局變量里的結(jié)構(gòu)體屬性的寫訪問重疊 (struct Player)

var holly = Player(name: "Holly", health: 10, energy: 10)
balance(&holly.health, &holly.energy)  // 錯(cuò)誤

• 解決：將變量 holly 改為本地變量，而非全局變量，

func someFunction() {
    var oscar = Player(name: "Oscar", health: 10, energy: 10)
    balance(&oscar.health, &oscar.energy)  // 正常
}
// 兩個(gè)存儲(chǔ)屬性任何情況下都不會(huì)相互影響(全局變量，傳指針，局部變量傳值)

• 遵循下面原則，編譯器可保證結(jié)構(gòu)體屬性的重疊訪問安全
  • 訪問的是實(shí)例的存儲(chǔ)屬性，而非計(jì)算屬性或類的屬性
  • 結(jié)構(gòu)體是本地變量的值，而非全局變量
  • 結(jié)構(gòu)體要么沒有被閉包捕獲，要么只被非逃逸閉包捕獲了