Swift 中的值类型与引用类型

作者：萌面大道
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Swift 中的 struct 为值类型，class 为引用类型

stack & heap

内存（RAM）中有两个区域，栈区（stack）和堆区（heap）。在 Swift 中，值类型，存放在栈区；引用类型，存放在堆区。

class DemoClass {
    var height = 0.0
    var width = 0.0
}

struct DemoStruct {
    var height = 0.0
    var width = 0.0
}

var rectCls = DemoClass()
var rectStrct = DemoStruct()

值类型 & 引用类型

值类型（Value Type）

值类型，即每个实例保持一份数据拷贝

在 Swift 中，典型的有 struct，enum，以及 tuple 都是值类型。而平时使用的 Int， Double，Float，String，Array，Dictionary，Set 其实都是用结构体实现的，也是值类型。

值类型

struct CoordinateStruct {
    var x: Double
    var y: Double
}

var coordA = CoordinateStruct(x: 0, y: 0)
var coordB = coordA

coordA.x = 100.0
print("coordA.x -> \(coordA.x)")
print("coordB.x -> \(coordB.x)")

// coordA.x -> 100.0
// coordB.x -> 0.0

如果声明一个值类型的常量，那么就意味着该常量是不可变的（无论内部数据为 var/let）。

let coordC = CoordinateStruct(x: 0, y: 0)
// WRONG: coordC.x = 100.0

在 Swift 3.0 中，可以使用 withUnsafePointer(to:_:) 函数来打印值类型变量的内存地址，这样就能看出两个变量的内存地址并不相同。

withUnsafePointer(to: &coordA) { print("\($0)") }
withUnsafePointer(to: &coordB) { print("\($0)") }

// 0x000000011df6ec10
// 0x000000011df6ec20

在 Swift 中，双等号（== & !=）可以用来比较变量存储的内容是否一致，如果要让我们的 struct 类型支持该符号，则必须遵守Equatable协议。

extension CoordinateStruct: Equatable {
    static func ==(left: CoordinateStruct, right: CoordinateStruct) -> Bool {
        return (left.x == right.x && left.y == right.y)
    }
}

if coordA != coordB {
    print("coordA != coordB")
}

// coordA != coordB

引用类型（Reference Type）

引用类型，即所有实例共享一份数据拷贝。

在 Swift 中，class 和闭包是引用类型。引用类型的赋值是浅拷贝（Shallow Copy），引用语义（Reference Semantics）即新对象和源对象的变量名不同，但其引用（指向的内存空间）是一样的，因此当使用新对象操作其内部数据时，源对象的内部数据也会受到影响。

引用类型

class Dog {
    var height = 0.0
    var weight = 0.0
}

var dogA = Dog()
var dogB = dogA

dogA.height = 50.0
print("dogA.height -> \(dogA.height)")
print("dogB.height -> \(dogB.height)")

// dogA.height -> 50.0
// dogB.height -> 50.0

如果声明一个引用类型的常量，那么就意味着该常量的引用不能改变（即不能被同类型变量赋值），但指向的内存中所存储的变量是可以改变的。

let dogC = Dog()
dogC.height = 50

// WRONG: dogC = dogA

在 Swift 3.0 中，可以使用以下方法来打印引用类型变量指向的内存地址。从中即可发现，两个变量指向的是同一块内存空间。

print(Unmanaged.passUnretained(dogA).toOpaque())
print(Unmanaged.passUnretained(dogB).toOpaque())

// 0x0000600000031380
// 0x0000600000031380

在 Swift 中，三等号（=== & !==）可以用来比较引用类型的引用（即指向的内存地址）是否一致。也可以在遵守 Equatable协议后，使用双等号（== & !=）用来比较变量的内容是否一致。

参数与 inout

定义一个 ResolutionStruct结构体，以及一个 ResolutionClass 类。这里为了方便打印对象属性，ResolutionClass 类遵从了 CustomStringConvertible 协议。

struct ResolutionStruct {
    var height = 0.0
    var width = 0.0
}

class ResolutionClass: CustomStringConvertible {
    var height = 0.0
    var width = 0.0
    
    var description: String {
        return "ResolutionClass(height: \(height), width: \(width))"
    }
}

函数传参

在 Swift 中，函数的参数默认为常量，即在函数体内只能访问参数，而不能修改参数值。具体来说：
- 1.值类型作为参数传入时，函数体内部不能修改其值
- 2.引用类型作为参数传入时，函数体内部不能修改其指向的内存地址，但是可以修改其内部的变量值
但是如果要改变参数值或引用，那么就可以在函数体内部直接声明同名变量，并把原有变量赋值于新变量，那么这个新的变量就可以更改其值或引用。

当值类型的变量作为参数被传入函数时，相当于创建了新的常量并初始化为传入的变量值，该参数的作用域及生命周期仅存在于函数体内。

当引用类型的变量作为参数被传入函数时，相当于创建了新的常量并初始化为传入的变量引用，当函数体内操作参数指向的数据，函数体外也受到了影响。

inout

inout 是 Swift 中的关键字，可以放置于参数类型前，冒号之后。使用 inout 之后，函数体内部可以直接更改参数值，而且改变会保留。

func swap(resSct: inout ResolutionStruct) {
    withUnsafePointer(to: &resSct) { print("During calling: \($0)") }
    let temp = resSct.height
    resSct.height = resSct.width
    resSct.width = temp
}

var iPhone6ResoStruct = ResolutionStruct(height: 1334, width: 750)
print(iPhone6ResoStruct)
withUnsafePointer(to: &iPhone6ResoStruct) { print("Before calling: \($0)") }
swap(resSct: &iPhone6ResoStruct)
print(iPhone6ResoStruct)
withUnsafePointer(to: &iPhone6ResoStruct) { print("After calling: \($0)") }

// ResolutionStruct(height: 1334.0, width: 750.0)
// Before calling: 0x000000011ce62f50
// During calling: 0x000000011ce62f50
// ResolutionStruct(height: 750.0, width: 1334.0)
// After calling: 0x000000011ce62f50

值类型变量作为参数传入函数，外界和函数参数的内存地址一致，函数内对参数的更改得到了保留。

需要注意的是：
- 使用 inout 关键字的函数，在调用时需要在该参数前加上 & 符号
- inout 参数在传入时必须为变量，不能为常量或字面量（literal）
- inout 参数不能有默认值，不能为可变参数
- inout 参数不等同于函数返回值，是一种使参数的作用域超出函数体的方式
- 多个 inout 参数不能同时传入同一个变量，因为拷入拷出的顺序不定，那么最终值也不能确定
inout 参数的传递过程：
- 当函数被调用时，参数值被拷贝
- 在函数体内，被拷贝的参数修改
- 函数返回时，被拷贝的参数值被赋值给原有的变量

官方称这个行为为：copy-in copy-out 或 call by value result。我们可以使用 KVO 或计算属性来跟踪这一过程，这里以计算属性为例。排除在调用函数之前与之后的 center GETTER call，从中可以发现：参数值先被获取到（setter 被调用），接着被设值（setter 被调用）。

根据 inout 参数的传递过程，可以得知：inout 参数的本质与引用类型的传参并不是同一回事。inout 参数打破了其生命周期，是一个可变浅拷贝。

嵌套类型

值类型嵌套值类型

值类型嵌套值类型时，赋值时创建了新的变量，两者是独立的，嵌套的值类型变量也会创建新的变量，这两者也是独立的。

值类型嵌套值类型

值类型嵌套引用类型

值类型嵌套引用类型时，赋值时创建了新的变量，两者是独立的，但嵌套的引用类型指向的是同一块内存空间，当改变值类型内部嵌套的引用类型变量值时（除了重新初始化），其他对象的该属性也会随之改变。

值类型嵌套引用类型

引用类型嵌套值类型

引用类型嵌套值类型时，赋值时创建了新的变量，但是新变量和源变量指向同一块内存，因此改变源变量的内部值，会影响到其他变量的值。

引用类型嵌套值类型

引用类型嵌套引用类型

引用类型嵌套引用类型时，赋值时创建了新的变量，但是新变量和源变量指向同一块内存，内部引用类型变量也指向同一块内存地址，改变引用类型嵌套的引用类型的值，也会影响到其他变量的值。

引用类型嵌套引用类型

Swift 中的值类型与引用类型

stack & heap

值类型 & 引用类型

值类型（Value Type）

引用类型（Reference Type）

参数 与 inout

函数传参

inout

嵌套类型

值类型嵌套值类型

值类型嵌套引用类型

引用类型嵌套值类型

引用类型嵌套引用类型

参数与 inout