理解Swift的Copy-on-Write机制

翻译：原文链接：Understanding Swift Copy-on-Write mechanisms

在Swift中，我们有引用类型(类Classes)和值类型(结构体Structs, 元组Tuples, 枚举enums)。值类型有一个Copy机制: 如果你将一个值类型变量赋值给你一个变量，或者将它作为参数传递给一个函数(inoout 参数除外), 这个值类型的数据将会被Copy。你将会有两个相同内容的值，同时被声明了两个不同的内存空间。关于引用类型和值类型的区别，请参赛Apple官方内容。

既然我们要讨论Copy-on-Write机制，就有必要了解Swift对数据的存储机制。

好，我们开始吧！

什么是 Copy-on-Write？

Alt text

在Swift中，当你有比较大的数据值，且需要将它赋值或者作为一个参数传递给一个函数的时候，复制它，在性能上耗能很大，因为你需要复制它的所有数据，并重新申请一份内存空间。

为了减少这个问题，Swift标准库实现了一个特殊的机制: 当对值类型数据，例如数组，只有当它的内容改变的时候才对它进行Copy，或者当它有超过一个的引用的时候。由于此值是唯一的引用，它并不需要Copy, 可以在改变它的时候进行Copy。因为，仅是赋值或者作为一个参数传递给函数的时候，并不需要对值类型的数据进行Copy，这样既能节省内存空间，也可以提高效率。

需要重点了解的是 …

Copy-on-Write , 并不是所有值类型默认实现的。是Swift标准库中某些特定类型实现的，比如数组Array，集合Collections，等等，因为并不是Swift标准库中所有值类型有这个特性，同样的，你自己创建的值类型并没有这个特性，除非你自己去实现它。后面将会介绍如何自己实现。

让我们先看看下面的例子

import Foundation

func print(address o: UnsafeRawPointer ) {
    print(String(format: "%p", Int(bitPattern: o)))
}
var array1: [Int] = [0, 1, 2, 3]
var array2 = array1

//Print with just assign
print(address: array1) //0x600000078de0
print(address: array2) //0x600000078de0
//Let's mutate array2 to see what's
array2.append(4)

print(address: array2) //0x6000000aa100

//Output
//0x600000078de0 array1 address
//0x600000078de0 array2 address before mutation
//0x6000000aa100 array2 address after mutation

以上是Copy-on-Write实现的例子。当array1被创建并且赋值给array2的时候，因为Copy-on-Write机制，两个array有相同的内存地址。当array2被改变的时候，array2才被真正的赋值并且有了新的内存地址。

为自定义值类型实现Copy-on-Write机制

你可以为自定义的值类型实现Copy-on-Write机制，下面的例子可以在Swift的源代码中找到。编写高质量的Swift代码

final class Ref<T> {
  var val : T
  init(_ v : T) {val = v}
}

struct Box<T> {
    var ref : Ref<T>
    init(_ x : T) { ref = Ref(x) }

    var value: T {
        get { return ref.val }
        set {
          if (!isUniquelyReferencedNonObjC(&ref)) {
            ref = Ref(newValue)
            return
          }
          ref.val = newValue
        }
    }
}
// This code was an example taken from the swift repo doc file OptimizationTips 
// Link: https://github.com/apple/swift/blob/master/docs/OptimizationTips.rst#advice-use-copy-on-write-semantics-for-large-values

上面的例子展示了如何通过引用类型为一个泛型值类型T添加Copy-on-Write机制。通过管理一个引用类型，当它的值不是为唯一的引用类型是返回一个新的实例，否则返回唯一的引用类型。

结语

Copy-on-Write是一个非常机智的方法来优化值类型的Copy，这个机制在Swift中被广泛应用，即使大多数的时候我们并没有直观的看到它，底层函数帮我们实现了它。但是知道它的实现原理对我们日常的编程也是非常有好处的。

That's all folks

以上是Copy-on-Write的所有内容，希望你喜欢。