Swift中对C语言接口缓存的使用以及数组字符串转为指针类型的方法

Posted 2020-07-30 zenny_chen

由于Swift编程语言属于上层编程语言，而Swift中由于为了低层的高性能计算接口，所以往往需要C语言中的指针类型，由此，在Swift编程语言刚诞生的时候就有了UnsafePointer与UnsafeMutablePointer类型，分别对应为const Type*类型与Type *类型。

而在Swift编程语言中，由于一般数组（Array）对象都无法直接用于C语言中含有指针类型的函数参数（比如：void*），所以往往需要将数组转为指针类型，此外也需要将数组中元素内容存放到连续的存储空间。此外，Swift中的字符串对象都是String结构体对象，因此也需要将它们转换为C语言中const char *类型相兼容的类型，因此这里将给大家介绍一些比较简便、且纯Swift接口的使用方法，而不是借助于Objective-C的Foundation库。

/**
 此函数用于将一个数组（Array）的首个元素的值做加1操作
 - parameters:
    - p: inout [Int]类型，传入的数组对象首地址
 - returns: Void
*/
func test(inout p: [Int]) {
    p[0] += 1
}

class ViewController: NSViewController {
    
    override func viewDidLoad() {
        super.viewDidLoad()
        
        var a = 0
        
        // 下面使用UnsafeMutablePointer自带的alloc类方法分配10个Int元素的存储空间
        // 这个方法其实应该就是对malloc函数的封装了，用于外部的C接口十分有用
        let buf = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(10)
        let dst = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(10)
        
        // 分别对buf与dst存储空间进行初始化赋值
        for i in 0 ..< 10 {
            buf[i] = i
            dst[i] = 0
        }
        
        // 使用assignBackwardFrom将buf存储空间中后5个元素拷贝到dst存储空间的前5个元素中
        dst.assignBackwardFrom(buf.advancedBy(5), count: 5)
        
        // 用Array分配一个10个Int元素的数组对象arr
        var arr = [Int](count: 10, repeatedValue: 0)
        
        // 将dst中的所有元素拷贝到arr中
        for i in 0 ..< 10 {
            arr[i] = dst[i]
        }
        print(arr)
        
        // 释放buf与dst。注意，这里必须用dealloc来释放，且里面的参数也要与alloc的参数对应！
        // 不释放会引发内存泄漏
        buf.dealloc(10)
        dst.dealloc(10)
        
        // arr数组对象指向另一个[1, 2, 3]数组字面量构成的Array对象
        arr = [1, 2, 3]
        
        // 调用test函数，使得arr的第一个元素的值加1
        test(&arr)
        print("arr = \(arr)")
        
        // 这里使用Array的withUnsafeMutableBufferPointer方法将数组元素内容转为
        // 指向一个连续存储空间的首地址。
        // 所以p的类型为：UnsafeMutablePointer<Int>
        let p = arr.withUnsafeMutableBufferPointer() {
            // 这里，形参是一个含有一个UnsafeMutableBufferPointer的形参，
            // 返回类型为UnsafeMutablePointer的函数类型。
            (inout buffer: UnsafeMutableBufferPointer<Int>) -> UnsafeMutablePointer<Int> in
            return buffer.baseAddress
        }
        
        a = 0
        
        // 我们先查看原先数组对象中的元素内容
        for i in 0 ..< 3 {
            a += p[i]
        }
        print("a = \(a)")
        
        // 我们通过p指针对象对数组arr的内容进行修改
        p[0] -= 1
        p[1] += 1
        p[2] += 2
        
        // 然后打印出修改后的arr数组对象中的元素内容
        print("arr is: \(arr)")
        
        // 这里用nulTerminatedUTF8方法先转为ContiguousArray<CodeUnit>对象类型，
        // 其中，CodeUnit是UInt8类型。
        // 然后用withUnsafeBufferPointer转为UnsafePointer<CChar>类型
        let cstr = "abcd".nulTerminatedUTF8.withUnsafeBufferPointer() {
            return UnsafePointer<CChar>($0.baseAddress)
        }
        
        // 这里再将刚才生成的UnsafePointer<CChar>类型的C格式字符串转回String对象
        let string = String.fromCString(cstr)!
        print("string is: \(string)")
    }
}

 

上述代码中，UnsafeMutablePointer的alloc方法也是个很不错的方法，这个方法应该是直接对C语言标准库malloc的封装，可以使得我们方便地在Swift中分配连续的存储空间，比如对于像图像处理、矩阵计算等算法尤为实用。当然，如果我们的逻辑主要用Array来处理，然后再交给底层的C语言接口做高性能计算，那么也可以使用数组对象转连续存储空间withUnsafeBufferPointer方法，这种处理方式在网络数据通信中也比较实用。