Swift可选值优化示例详解
<div id="navCategory"><h5 class="catalogue">目录</h5><ul class="first_class_ul"><li>nil 的语义</li><li>nil 在内存中的表示</li><li>nil 的优化</li><ul class="second_class_ul"><li>Bool</li><li>String</li><li>Class</li><li>Enum</li></ul><li>结语</li><ul class="second_class_ul"></ul></ul></div><p class="maodian"></p><h2>nil 的语义</h2><p>在 Objective-C 中，<code>nil</code> 表示空对象，它本质是一个指向 <strong>0x00000000</strong> 的指针。但对于非指针的值类型，OC 中是无法表示_没有值_这个概念的，比如 <strong>NSInteger</strong>，它可以是 0，也可以是其他任何值，但就是不存在_没有值_。</p>
<p>Swift 作为一种强类型的语言，它从一开始就引入了_没有值_这个概念，虽然还是用 <code>nil</code> 关键字，但实际语义上有所不同。比如 <strong>Int?</strong>，它可以是 <code>nil</code>，也可以是 <strong>0</strong>，<strong>0</strong> 是一个具体的值，而 <code>nil</code> 不是。然而，计算机作为一个二进制的机器，它内存中保存的非 0 即 1，如何表示_没有值_呢？换句话说，<code>nil</code> 在内存中究竟是什么？我们可以通过简单的代码找出它在内存中的真相。</p>
<p class="maodian"></p><h2>nil 在内存中的表示</h2>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">/// 以下方法取 value 的地址，并从地址处向后取它在内存中的大小 size 个字节，转为对应的数组
func bytes<T>(of value: T) -> {
var value = value
let size = MemoryLayout<T>.size
return withUnsafePointer(to: &value, {
$0.withMemoryRebound(
to: UInt8.self,
capacity: size,
{
Array(UnsafeBufferPointer(
start: $0, count: size))
})
})
}
var int: Int? = 0
bytes(of: int) //
int = nil
bytes(of: int) // </pre></div>
<p>从上面我们可以得知，可选的 <strong>Int?</strong> 类型比普通 <strong>Int</strong> 类型多占一个字节，用来表示是不是 <strong>没有值</strong>。如果这样的话，在 <code>struct</code> 或 <code>class</code> 中用可选类型岂不是会浪费较多内存空间？因为内存对齐的缘故，多一个字节，就要浪费剩下的 7 字节，比如：</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">struct N {
var b: Int? = 2
var a: Int? = 3
}
var n = N()
bytes(of: n) // [2, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 76, 68, 3, 1, 0, 0, 0,
//3, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]</pre></div>
<p>以上原本可以用 16 字节表示的结构体，实际上占了 25 字节（考虑结尾处内存对齐，其实占了 32 字节）。我们在实际开发中，可能会在 <code>class</code> 中声明大量的可选字段，如果都这样的话，那内存使用率也太低了，有优化手段吗？</p>
<p>答案是有的，而且 <strong>Swift</strong> 编译器已经默默帮我们做了。</p>
<p class="maodian"></p><h2>nil 的优化</h2>
<p class="maodian"></p><h3>Bool</h3>
<p>Bool 类型理论上只用 0 1 两个值，一个 bit 即可，但它却占了一整个 byte ，剩下的几个 bit 是可以用来区分是否有值的。</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">var b: Bool? = false
bytes(of: b) //
b = true
bytes(of: b) //
b = nil
bytes(of: b) // </pre></div>
<p>从以上结果得知，<strong>Swift</strong> 用 2 表示 <strong>Bool?</strong> 的_没有值_，所以没有内存浪费。这样也使得 <strong>Bool?</strong> 不再是两态的开关，而是一个三态的开关。于是经常在代码中看到看起来比较蠢的写法：</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">var value: Bool?
if value == true {
}</pre></div>
<p>因为一般来说是不建议 Bool 值与 true 判断等的，它本身已经是 Bool 了。而在 Swift 中又用起来是那么自然……</p>
<p class="maodian"></p><h3>String</h3>
<p>String 类型不同于 Int 这种——0 也是合法值，String 的内存值为 0 是可以表示_没有值_的，所以它也没有内存浪费</p>
<p>String 在 <strong>Swift</strong> 中是一个结构体，无论字符串多长，String 变量本身只占 16 字节，短<!--cke_bookmark_7642S-->的字符串通过类似 OC 中 ://developer.apple.com/videos/play/wwdc2020/10163/" rel="external nofollow" target="_blank">Tagged Pointer 的技术直接存在指针中，长的字符串需要指向堆内存地址。</p>
<p class="maodian"></p><h3>Class</h3>
<p>Class 类型同 OC 中的一样，是指针类型，空指针可以表示_没有值_，没有内存浪费。</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">class MyObject {
var b: Int? = 2
var a: Int? = 3
}
var o: MyObject? = .init()
bytes(of: o)//
o = nil
bytes(of: o)// </pre></div>
<p>无论 <strong>Class</strong> 中有多少成员变量，Class 变量本身（即指向它的指针）只占 8 字节（64位系统中）。</p>
<p class="maodian"></p><h3>Enum</h3>
<p>枚举类型一般是有限的，最终总可以找到一个不在枚举范围内的值表示 _没有值_，也可以没有内存浪费。</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">enum Edge {
case left
case right
case top
case bottom
}
var e: Edge? = .left
bytes(of: e)//
e = .bottom
bytes(of: e)//
e = nil
bytes(of: e)// ，用越界值表示 nil，没有值</pre></div>
<p>当然并不是所有 <strong>Enum</strong> 类型都能这样，带关联值的就可能不行。</p>
<p class="maodian"></p><h2>结语</h2>
<p>综上所述，<strong>Swift</strong> 编译器会尽可能地优化可选值的内存占用，日常开发并不需要太多关心，但是部分情况仍要求开发者尽量少使用可选值，如结构体中连续几个可选 <strong>Int</strong> 的情况，如果 0 也能满足代码逻辑，就使用非可选值，并用 0 初始化它吧！</p>
<div class="jb51code"><pre class="brush:cpp;">// 浪费的内存比较可观
struct My {
var a: Int?
var b: Int?
var c: Int?
var d: Int?
}</pre></div>
<p>以上就是Swift可选值优化示例详解的详细内容，更多关于Swift可选值优化的资料请关注琼殿技术社区其它相关文章！</p>
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