swift指针&内存管理-指针类型使用

为什么说指针不安全

• 我们在创建一个对象的时候，是需要在堆上开辟内存空间的
  但是这个内存空间的声明周期是有限的
  也就意味着如果使用指针指向这块内存空间，当这块内存空间的生命周期结束（引用计数为0），那么当前的指针就变成未定义的了

• 创建的内存空间是有边界的，通过指针访问的内存空间超过已开辟内存空间的边界，也就是访问了一个未知的内存空间

• 指针类型与内存的值类型不一致，也不安全，这一点参考 swift指针&内存管理-内存绑定

指针类型

Swift中的指针分为两类 typed pointer(指定指针数据类型) & raw pointer(原生指针-未指定指针数据类型)

如果需要开辟一段连续的内存空间，就可以使用 unsafeBufferPointer, 当然了unsafeMutableBufferPointer 就是可变的

连续的原生内存空间 unsafeRawBufferPointer / unsafeMutableRawBufferPointer , 这种指针需要结合 指针内存绑定来使用

原始指针-rawPointer 的使用

如何使用 rawPointer 来存储4个整型的数据

在存储之前，先了解几个概念

print("MemoryLayout.size = \(MemoryLayout.size)")
print("MemoryLayout.stride = \(MemoryLayout.stride)")
print("MemoryLayout.alignment = \(MemoryLayout.alignment)")
print("MemoryLayout.size = \(MemoryLayout.size)")
print("MemoryLayout.stride = \(MemoryLayout.stride)")
print("MemoryLayout.alignment = \(MemoryLayout.alignment)")
print("MemoryLayout.size = \(MemoryLayout.size)")
print("MemoryLayout.stride = \(MemoryLayout.stride)")
print("MemoryLayout.alignment = \(MemoryLayout.alignment)")
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结果：

MemoryLayout.size = 8

MemoryLayout.stride = 8

MemoryLayout.alignment = 8

MemoryLayout.size = 4

MemoryLayout.stride = 4

MemoryLayout.alignment = 4

MemoryLayout.size = 2

MemoryLayout.stride = 2

MemoryLayout.alignment = 2

MemoryLayout 是用来测定内存的

stride是步长，也就是一段连续内存空间 指定类型指针的偏移最小单位

alignment是对齐字节，一段连续内存空间，指令读取内存数据，都是标准化操作，不会出现第一个整型读了8字节，下一个整型读了4字节这样

然后我们进行 4个整型的数据的存储

首先开辟一块内存空间

UnsafeMutableRawPointer.allocate(byteCount: Int, alignment: Int)

byteCount: 开辟内存空间的总的字节大小

alignment: 连续内存空间中 每一个整型数据的对齐大小

然后存储 - UnsafeMutableRawPointer - storeBytes(of: T, as: T.Type)

of - 存储的数据

as - 存储的数据的类型

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout.size, 
	alignment: MemoryLayout.stride)
	
for i in 0..<4 {
    mP.storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
	let mV = mP.load(as: Int.self)
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}
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结果

mV ===> 3

mV ===> 3

mV ===> 3

mV ===> 3

为什么不是 0， 1， 2， 3

这是因为 mP 指向 UnsafeMutableRawPointer.allocate 开辟出来的一段连续内存空间首地址

mP.load(as: Int.self) 循环里每次取的都是 从首地址处取出 数据，所以总是一样的3

调整之后

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout.size, 
	alignment: MemoryLayout.stride)
	
for i in 0..<4 {
    mP.storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}
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结果

mV ===> 3

mV ===> 0

mV ===> 16

mV ===> 0

这又是为何

因为 mP.storeBytes(of: i, as: Int.self) 每次也只是往 mP指向的连续内存空间的首地址里存储，所以最后存储的 3会覆盖前面的几次写值

let mP = UnsafeMutableRawPointer.allocate(
	byteCount: 4 * MemoryLayout.size, 
	alignment: MemoryLayout.stride)
	
for i in 0..<4 {
	// 正解
    mP.advanced(by: i * MemoryLayout.stride).storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
// 取出
for i in 0..<4 {
    let mV = mP.load(fromByteOffset: i * MemoryLayout.stride, as: Int.self)
    print("mV ===> \(mV)")
}
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结果

mV ===> 0

mV ===> 1

mV ===> 2

mV ===> 3

也可以直接 计算具体指针位置进行写值，前提是必须知道指针的类型才可以

for i in 0..<4 {
    (mP + i * MemoryLayout.stride).storeBytes(of: i, as: Int.self)
}
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3

size/stride/alignment的理解

情况一

struct IFLObject1 {
    var age: Int
    var gender: Bool
}

print("MemoryLayout.size = \(MemoryLayout.size)")
print("MemoryLayout.stride = \(MemoryLayout.stride)")
print("MemoryLayout.alignment = \(MemoryLayout.alignment)")
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结果

MemoryLayout.size = 9

MemoryLayout.stride = 16

MemoryLayout.alignment = 8

alignment 对齐是内存中布局的一种方式

小单位 按照大单位去补齐， 如果凑不齐，就空余一定的空间出来，看上去就跟集中箱一样，遵循标准化原则

age占8字节 + gender占1字节， size 大小就是9字节

size 9字节 不是 age大小8字节的倍数， 空闲一部分空间，凑齐8字节整数倍，stride步长就是16字节

stride 16字节 凑齐的方式就是按照 age8字节大小去对齐，所以 alignment 就是8字节对齐

情况二

class IFLobject2 {
    var age: Int = 0
    var gender: Bool = true
    var heigh: Double = 170
    var heigh1: Double = 170
    var heigh2: Double = 170
    var heigh3: Double = 170
}
print("MemoryLayout.size = \(MemoryLayout.size)")
print("MemoryLayout.stride = \(MemoryLayout.stride)")
print("MemoryLayout.alignment = \(MemoryLayout.alignment)")
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结果

MemoryLayout.size = 8

MemoryLayout.stride = 8

MemoryLayout.alignment = 8

与结构体不同的是，struct属于值类型，栈上开辟空间，class 堆上开辟内存空间，指针大小为8字节， 所以8字节对齐，步长也是8字节

泛型指针的使用

泛型指针相比原生指针来说，就是当前指针绑定到了具体的类型

泛型指针访问过程中，并不是使用store load 方法进行存储 取值操作，而是使用到泛型指针内置的变量pointee

var age = 10
var age1 = withUnsafePointer(to: &age) {
    $0.pointee + 1
}
print("age1 = \(age1)")
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结果

age1 = 11

另一种情况

var age = 10
withUnsafePointer(to: &age) {
    $0.pointee += 1
}
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这种情况下 指针 $0 是不可变的，同时$0指向的内容 $0.pointee也是不可变的, 如果要操作，调整如下

var age = 10
withUnsafeMutablePointer(to: &age) {
    $0.pointee += 1
}
print("age = \(age)")
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结果

age = 11

还有一种方式直接分配内存

var age = 10
let tPtr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 1)
tPtr.initialize(to: age)
print(tPtr.pointee)
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4

结果

10

struct IFLObjStruct {
    var age: Int
    var height: Double
}
var tPtr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 5)
tPtr[0] = IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)
tPtr[1] = IFLObjStruct(age: 20, height: 171.0)
tPtr[2] = IFLObjStruct(age: 21, height: 172.0)
tPtr[3] = IFLObjStruct(age: 22, height: 173.0)
tPtr[4] = IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)

print(tPtr[4])
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结果

IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)

还可以

struct IFLObjStruct {
    var age: Int
    var height: Double
}
var tPtr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 5)
tPtr[0] = IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)
tPtr[1] = IFLObjStruct(age: 20, height: 171.0)
tPtr[2] = IFLObjStruct(age: 21, height: 172.0)
tPtr[3] = IFLObjStruct(age: 22, height: 173.0)
tPtr[4] = IFLObjStruct(age: 23, height: 174.0)
tPtr.deinitialize(count: 5)
// 回收内存空间
tPtr.deallocate()

tPtr = UnsafeMutablePointer.allocate(capacity: 5)
for i in 0..<5 {
    tPtr.advanced(by: i).initialize(to: IFLObjStruct(age: 19 + i * 5, height: 170.0 + Double(i * 5)))
}
for i in 0..<5 {
    print(tPtr.advanced(by: i).pointee)
}
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21

结果

IFLObjStruct(age: 19, height: 170.0)

IFLObjStruct(age: 24, height: 175.0)

IFLObjStruct(age: 29, height: 180.0)

IFLObjStruct(age: 34, height: 185.0)

IFLObjStruct(age: 39, height: 190.0)

注意：

tPtr.advanced by 参数 含义是 只需要标明移动多少个指针内存单位， 并不需要计算具体移动的内存块字节大小，

因为 泛型指针已经 指明了当前内存 绑定的具体类型， 与原生指针 adviced by 参数有所区别

一般情况下，我们会在 defer 中,也就是当前程序运行完成之后, 执行 deinitialize 与 deallocate