理解 Swift 的值类型

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2016-12-21
原文链接:www.jianshu.com

在这里,我们要讲讲值类型和写时复制。在 swift 的标准库中,所有的集合类型都使用了写时复制。我们在本篇文章中看一下写时复制如何工作的,并且如何实现它。

引用类型

使用 swift 的 DataNSMutableData 作对比

var sampleBytes: [UInt8] = [0x0b, 0xad, 0xf0, 0x0d]
let nsData = NSMutableData(bytes: sampleBytes, length: sampleBytes.count)

在这里,我们使用了 let 来修饰 nsData 变量,但是因为 NSMutableData 是一个引用类型,swift 的 let/var 关键字不能控制它。对于引用类型,let 只能保证 nsData 不被指向其他实例,但是我们可以修改他:

nsData.append(sampleBytes, length: sampleBytes.count)

因为我们操作的是一个对象,在以下例子中,两个对象都会发生改变:

// 两者都指向同一个对象,所以都改变了
let nsOtherData = nsData
nsData.append(sampleBytes, length: sampleBytes.count)

如果不希望 nsOtherData 也随之改变,可以使用 mutableCopy

// 这样 nsOtherData 就不会改变
let nsOtherData = nsData.mutableCopy() as! NSMutableData
nsData.append(sampleBytes, length: sampleBytes.count)

值类型

现在我们看一下 Data 类型,这是一个结构体

let data = Data(bytes: sampleBytes, count: sampleBytes.count)

这里我们使用了 let 修饰,这样就不能修改 data 的值,除非将他设置为 var。并且将 data 赋值给别的变量,修改变量也不会影响 data。

值类型和引用类型之间的差异在于,当你将一个值类型赋值给别的变量或者作为函数参数时,只是对值进行了赋值。但是将引用类型分配给其他变量时,只会创建指向内存中同一个对象的第二个引用。

当我们创建一个副本时,结构体被逐个复制。但是这不意味着 Data 的值直接被复制过去,因为 Data 有一个内部的内存引用。当结构体被复制时,只是引用被复制给新值。只有当复制的变量值改变时,才会将值复制过去。

实现写时复制

在这里我们将实现一个很简单的结构体版本,来更好的理解写时复制

struct MyData {
    var data = NSMutableData()

    mutating func append(_ bytes: [UInt8]) {
        data.append(bytes, length: bytes.count)
    }
}

接下来看看结果如何

var data = MyData()
var copy = data
data.append(sampleBytes)

Copy 还是被改变了,这是因为在结构体复制时,将引用复制了过去,这个引用指向了实际的值,所以 copy 还是被改变,以下代码就可以修复这个问题

struct MyData {
    var data = NSMutableData()

    mutating func append(_ bytes: [UInt8]) {
        print("making a copy")
        data = data.mutableCopy() as! NSMutableData
        data.append(bytes, length: bytes.count)
    }
}

现在 copy 的值不会被改变了,接下来重构一下结构体,更加优雅点:

struct MyData {
    var data = NSMutableData()
    var dataForWriting: NSMutableData {
        mutating get {
            print("making a copy")
            data = data.mutableCopy() as! NSMutableData
            return data
        }
    }

    mutating func append(_ bytes: [UInt8]) {
        dataForWriting.append(bytes, length: bytes.count)
    }
}

让写时复制更高效

目前的做法是很幼稚的,我们会在每次 append 的时候都去复制,而不去管我们是这个对象的唯一拥有者,例如以下代码:

for _ in 0..<10 {
    data.append(sampleBytes)
}
// This prints:
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy
// making a copy

以上代码在理想情况下应该只 copy 一次,想这样做的话也很简单,使用 isKnownUniquelyReferenced 方法,这个方法可以判断传入的参数是否已经有一个强引用

struct MyData {
    var dataForWriting: NSMutableData {
        mutating get {
            if isKnownUniquelyReferenced(&data) {
                return data
            }
            print("making a copy")
            data = data.mutableCopy() as! NSMutableData
            return data
        }
    }
}

但是上面的代码还是没有起效的,因为 isKnownUniquelyReferenced 只适用于 swift 对象,现在我们来将 NSMutableData 包装为 swift 对象:

final class Box<A> {
    // 使用这个常量
    let unbox: A
    init(_ value: A) {
        unbox = value
    }
}
struct MyData {
    var data = Box(NSMutableData())
    var dataForWriting: NSMutableData {
        mutating get {
            if isKnownUniquelyReferenced(&data) {
                return data.unbox
            }
            print("making a copy")
            data = Box(data.unbox.mutableCopy() as! NSMutableData)
            return data.unbox
        }
    }

    mutating func append(_ bytes: [UInt8]) {
        dataForWriting.append(bytes, length: bytes.count)
    }
}

现在我们再去进行之前的遍历操作会发现只复制了一次,有点类似 lazy

写时复制也不是时时起效

(0..<10).reduce(data) { result, _ in
    var copy = result
    copy.append(sampleBytes)
    return copy
}

上面的写法会 copy10次,所以写时复制也不是万能的,但是一般情况下不会出现这种问题。

上面 reduce 内部做了什么?

  • (0..<10) 代表了闭包会进行10次
  • 接受了一个初始值参数,并将这个初始值作为第一次遍历的 result 的值
  • 返回的 copy 作为下一次循环的 result 值

参考自 swift talk

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