Swift值類(lèi)型&引用類(lèi)型

前言

值類(lèi)型和引用類(lèi)型是Swift中兩種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)值類(lèi)型就是直接存儲(chǔ)的值，引用類(lèi)型就是存儲(chǔ)的指針，在談值類(lèi)型和引用類(lèi)型前可能你需要了解一些關(guān)于內(nèi)存和Mach-O的知識(shí)。下面放上我以前寫(xiě)過(guò)的幾篇文章，僅供參考。

iOS內(nèi)存五大區(qū)
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Mach-O探索

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)值類(lèi)型可以理解為存儲(chǔ)在棧區(qū)或者全局區(qū)，引用類(lèi)型一般存儲(chǔ)在堆區(qū)，下面我們來(lái)看個(gè)簡(jiǎn)單的例子。

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我們可以看到a和t的地址都是在棧區(qū)，因?yàn)闂^(qū)通常都是0x7開(kāi)頭。但是a中存儲(chǔ)的直接就是18這個(gè)值，t中存儲(chǔ)的是個(gè)全局區(qū)的指針。這就是最簡(jiǎn)單的值類(lèi)型和引用類(lèi)型的區(qū)別。

1. 值類(lèi)型

值類(lèi)型，即每個(gè)實(shí)例保持一份數(shù)據(jù)拷貝。

在 Swift 中，struct，enum，以及 tuple 都是值類(lèi)型。而平時(shí)使用的 Int、Double、Float、String、Array、Dictionary、Set 其實(shí)都是用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的，也是值類(lèi)型。

Swift 中，值類(lèi)型的賦值為深拷貝（Deep Copy），值語(yǔ)義（Value Semantics）即新對(duì)象和源對(duì)象是獨(dú)立的，當(dāng)改變新對(duì)象的屬性，源對(duì)象不會(huì)受到影響，反之同理。

雖然說(shuō)Int、Double、Float、String、Array、Dictionary、Set時(shí)使用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)的，所以也是值類(lèi)型，但是就我個(gè)人理解來(lái)說(shuō)，這些作為值類(lèi)型好像就是那么理所當(dāng)然的，當(dāng)然對(duì)于很長(zhǎng)的String還是會(huì)通過(guò)存儲(chǔ)指向堆區(qū)的指針來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然也會(huì)通過(guò)TaggedPointer等技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這里大體還是和OC相同的，感興趣的可以看看我的另一篇文章iOS Objective-C 內(nèi)存管理。說(shuō)了這么多，其實(shí)我們糾結(jié)的一個(gè)問(wèn)題就是struct為什么是值類(lèi)型，下面我們就來(lái)探索一番。

1.1 struct 為什么是值類(lèi)型

1.1.1 結(jié)構(gòu)體和類(lèi)的區(qū)別

從代碼看區(qū)別

class CTeacher {
    var age: Int?
    var name: String!
    var height: Float = 185.3
}

struct STeacher {
    var age: Int
}

let ct = CTeacher()
ct.name = "testC"

let st1 = STeacher(age: 20)
let st2 = STeacher(age: 21, name: "testS", height: 180.1)

通過(guò)以上的代碼我們可以知道：

類(lèi)中的屬性需要使用?、!或者賦初始值才不會(huì)導(dǎo)致編譯報(bào)錯(cuò)
結(jié)構(gòu)體中的屬性不需要賦初始值，也不用使用?、!
結(jié)構(gòu)體的初始化需要同時(shí)初始化結(jié)果圖內(nèi)部的屬性
類(lèi)的初始化可以不用初始化類(lèi)中的屬性
結(jié)構(gòu)體中的optional屬性，或者賦值的屬性可以不在結(jié)構(gòu)體初始化的時(shí)候初始化

從sil代碼看區(qū)別

class CTeacher {
  @_hasStorage @_hasInitialValue var age: Int? { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var name: String! { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var height: Float { get set }
  @objc deinit
  init()
}

struct STeacher {
  @_hasStorage var age: Int { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var name: String? { get set }
  @_hasStorage @_hasInitialValue var height: Float { get set }
  init(age: Int, name: String? = nil, height: Float = 185.3)
}

通過(guò)sil代碼我們可以看到：

類(lèi)中如果不實(shí)現(xiàn)自定義init方法就會(huì)有個(gè)init()方法
結(jié)構(gòu)體中會(huì)提供默認(rèn)的初始化方法

1.1.2 驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體是值類(lèi)型

定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體：

struct Teacher {
    var age: Int
    var age1: Int
}

var t = Teacher(age: 18, age1: 20)

使用lldb調(diào)試：

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此時(shí)我們可以看到，結(jié)構(gòu)體內(nèi)部直接存儲(chǔ)的就是結(jié)構(gòu)體中的屬性的值。所以說(shuō)結(jié)構(gòu)體是值類(lèi)型是沒(méi)問(wèn)題的。

1.1.3 驗(yàn)證結(jié)構(gòu)體是值拷貝

此時(shí)我們創(chuàng)建個(gè)新的實(shí)例變量t1，并將t賦值給t1，代碼如下：

struct Teacher {
    var age: Int
    var age1: Int
}

var t = Teacher(age: 18, age1: 20)
var t1 = t
t1.age = 22

print("end")

16093157152789.jpg

在修改t1的值后我們發(fā)現(xiàn)t中的數(shù)據(jù)并沒(méi)有改變，所以說(shuō)t和t1之間是值傳遞，即t和t1是存儲(chǔ)在不同內(nèi)存空間的，在var t1 = t時(shí)，是將t中的值，拷貝到t1中，t1修改時(shí)，只會(huì)修改自己內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，是不會(huì)影響到t的內(nèi)存的。

另外在打印兩個(gè)實(shí)例變量地址的時(shí)候也明顯不是一樣的。

1.1.4 通過(guò)sil驗(yàn)證struct是值類(lèi)型

我們查看Teacher的init方法：

// Teacher.init(age:age1:)
sil hidden @main.Teacher.init(age: Swift.Int, age1: Swift.Int) -> main.Teacher : $@convention(method) (Int, Int, @thin Teacher.Type) -> Teacher {
// %0 "$implicit_value"                           // user: %3
// %1 "$implicit_value"                           // user: %3
// %2 "$metatype"
bb0(%0 : $Int, %1 : $Int, %2 : $@thin Teacher.Type):
  %3 = struct $Teacher (%0 : $Int, %1 : $Int)     // user: %4
  return %3 : $Teacher                            // id: %4
} // end sil function 'main.Teacher.init(age: Swift.Int, age1: Swift.Int) -> main.Teacher'

我們可以看到init方法中并沒(méi)有調(diào)用malloc相關(guān)的開(kāi)辟內(nèi)存的方法，這里也是只是將傳入的兩個(gè)值賦給初始化的結(jié)構(gòu)體而已。

1.1.5 常量值類(lèi)型

如果聲明一個(gè)值類(lèi)型的常量，那么就意味著該常量是不可變的（無(wú)論內(nèi)部數(shù)據(jù)為 var還是let）。

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1.1.6 小結(jié)

至此我們就驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)體是值類(lèi)型：

結(jié)構(gòu)體不像類(lèi)一樣需要調(diào)用malloc等方法去開(kāi)辟內(nèi)存空間
結(jié)構(gòu)體的內(nèi)存中直接存儲(chǔ)值
值類(lèi)型的賦值是一個(gè)值傳遞的過(guò)程，相當(dāng)于深拷貝

1.2 其他

關(guān)于enum和tuple這里就不一一分析了，在后續(xù)的篇章中會(huì)陸續(xù)提到。

2. 引用類(lèi)型

引用類(lèi)型，即所有實(shí)例共享一份數(shù)據(jù)拷貝。

在 Swift 中，class 和closure是引用類(lèi)型。引用類(lèi)型的賦值是淺拷貝（Shallow Copy），引用語(yǔ)義（Reference Semantics）即新對(duì)象和源對(duì)象的變量名不同，但其引用（指向的內(nèi)存空間）是一樣的，因此當(dāng)使用新對(duì)象操作其內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)，源對(duì)象的內(nèi)部數(shù)據(jù)也會(huì)受到影響。

2.1 驗(yàn)證類(lèi)是引用類(lèi)型

定義一個(gè)類(lèi)

class Teacher {
    var age: Int = 28
    var age1: Int = 20
}

var t = Teacher()

print("end")

lldb調(diào)試

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從lldb調(diào)試中我們可以看到，類(lèi)實(shí)例對(duì)象指針內(nèi)部存儲(chǔ)的是一個(gè)指向全局區(qū)的指針，而這塊內(nèi)存區(qū)域才是存儲(chǔ)的真正的實(shí)例變量的信息，所以說(shuō)類(lèi)是個(gè)引用類(lèi)型。

2.2 驗(yàn)證類(lèi)對(duì)象是指針拷貝

我們使用如下代碼進(jìn)行驗(yàn)證：

class Teacher {
    var age: Int = 28
    var name: String = "teacher1"
}

var t = Teacher()
print(t.age)
var t1 = t
t1.age = 18

print(t.age)

print("end")

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通過(guò)打印結(jié)果我們可以知道，雖然我們修改的是t1這個(gè)實(shí)例對(duì)象中age的值，但是當(dāng)我們打印t這個(gè)實(shí)例變量的age的值的時(shí)候也隨之改變了，所以我們就能夠確定類(lèi)對(duì)象之間是指針拷貝，并且在內(nèi)存地址的打印中我們也可以清晰的看見(jiàn)，它們指向同一片內(nèi)存空間，一個(gè)改變則全部都改變。

2.4 通過(guò)sil進(jìn)一步驗(yàn)證類(lèi)的引用類(lèi)型

其實(shí)到這里也就沒(méi)什么好說(shuō)的的了，在類(lèi)的初始化的時(shí)候肯定是會(huì)調(diào)用alloc方法來(lái)開(kāi)辟內(nèi)存空間的，這里借著上面的sil代碼，我們來(lái)看看Info這個(gè)類(lèi)的Info.__allocating_init()方法吧：

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這里首先就調(diào)用了alloc_ref為Info初始化一塊內(nèi)存空間。

2.5 常量引用類(lèi)型

如果聲明一個(gè)引用類(lèi)型的常量，那么就意味著該常量的引用不能改變（即不能被同類(lèi)型變量賦值），但指向的內(nèi)存中所存儲(chǔ)的變量是可以改變的，示例如下：

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此處是不會(huì)報(bào)編譯錯(cuò)誤的，這點(diǎn)與值類(lèi)型也是不同的。

2.6 小結(jié)

至此我們就驗(yàn)證了類(lèi)是引用類(lèi)型：

類(lèi)需要調(diào)用alloc等方法去開(kāi)辟內(nèi)存空間
類(lèi)的實(shí)例對(duì)象中存儲(chǔ)的是指針地址，這個(gè)地址中存儲(chǔ)的才是值
類(lèi)的實(shí)例對(duì)象的賦值是一個(gè)指針拷貝的過(guò)程，相當(dāng)于淺拷貝

3. 嵌套類(lèi)型

所謂嵌套類(lèi)型就是引用類(lèi)型中有值類(lèi)型，或者值類(lèi)型中有引用類(lèi)型，其實(shí)在上面的例子中已經(jīng)涉及到了，下面我們通過(guò)兩兩組合，分四種情況來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下。

3.1 值類(lèi)型嵌套引用類(lèi)型

這里是在結(jié)構(gòu)體中添加一個(gè)引用類(lèi)型的屬性，示例代碼如下：

class Info {
    var height: Int = 185
    var weight: Double = 60.5
}

struct Teacher {
    var age: Int = 18
    var name: String = "teacher1"
    var info: Info = Info()
}

var t = Teacher()
print(t.info.weight)

var t1 = t
t1.info.weight = 80

print(t.info.weight)
print(t1.info.weight)

print("end")

16093958789319.jpg

我們可以看到，在值類(lèi)型中使用引用類(lèi)型：

隨著t1.info.weight的改變，t中的也改變了
所以說(shuō)依舊是值拷貝，只不過(guò)是拷貝了引用類(lèi)型數(shù)據(jù)的指針
這里的值傳遞是只傳遞了指針

那么真的這個(gè)引用類(lèi)型會(huì)不會(huì)涉及到內(nèi)存引用計(jì)數(shù)的管理呢？其實(shí)答案是肯定的，下面我們通過(guò)sil代碼驗(yàn)證一下：

16093964609674.jpg

通過(guò)sil代碼我們可以看到strong_retain和strong_release的調(diào)用，所以說(shuō)在值類(lèi)型的內(nèi)部使用引用類(lèi)型依舊是需要通過(guò)引用計(jì)數(shù)管理的。

所以說(shuō)，應(yīng)該盡量避免這種值類(lèi)型中使用引用類(lèi)型的寫(xiě)法，因?yàn)橹殿?lèi)型的初衷就是為了不使用指針指向另一片內(nèi)存區(qū)域，從而減少內(nèi)存的使用，以提升效率。

3.2 值類(lèi)型嵌套值類(lèi)型

其實(shí)，在上面我們已經(jīng)介紹過(guò)了，在Swift中Int的底層實(shí)現(xiàn)就是個(gè)結(jié)構(gòu)體，所以也是值類(lèi)型。

struct Teacher {
    var age: Int = 18
}

值類(lèi)型嵌套值類(lèi)型：

在賦值的時(shí)候創(chuàng)建新的變量，兩者是獨(dú)立的。
嵌套的值類(lèi)型變量也會(huì)創(chuàng)建新的變量，也可以說(shuō)是深拷貝一份變量的值

3.3 引用類(lèi)型嵌套引用類(lèi)型

其實(shí)這也是我們經(jīng)常用到的一種嵌套，比如類(lèi)中嵌套類(lèi)。

class Info {
    var height: Int = 185
    var weight: Double = 60.5
}

class Teacher {
    var age: Int = 18
    var name: String = "teacher1"
    var info: Info = Info()
}

引用類(lèi)型嵌套引用類(lèi)型：

引用類(lèi)型再賦值時(shí)創(chuàng)建了新的變量
新變量和源變量指向同一塊內(nèi)存，內(nèi)部引用類(lèi)型變量也指向同一塊內(nèi)存地址
改變引用類(lèi)型嵌套的引用類(lèi)型的值，也會(huì)影響到其他變量的值。

3.4 引用類(lèi)型嵌套值類(lèi)型

這個(gè)在上面我們也用到過(guò)，類(lèi)中的Int類(lèi)型的屬性就是很好的例子。

class Teacher {
    var age: Int = 28
}

引用類(lèi)型嵌套值類(lèi)型時(shí)：

賦值時(shí)創(chuàng)建了新的變量
新變量和源變量指向同一塊內(nèi)存
改變?cè)醋兞康膬?nèi)部值，會(huì)影響到其他變量的值

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Swift值類(lèi)型&引用類(lèi)型