詳解Swift中對C語言接口緩存的使用以及數組與字符串轉為指針類型的方法

由於Swift編程語言屬於上層編程語言，而Swift中由於為了低層的高性能計算接口，所以往往需要C語言中的指針類型，由此，在Swift編程語言剛誕生的時候就有了UnsafePointer與UnsafeMutablePointer類型，分別對應為const Type*類型與Type *類型。

而在Swift編程語言中，由於一般數組（Array）對象都無法直接用於C語言中含有指針類型的函數參數（比如：void*），所以往往需要將數組轉為指針類型，此外也需要將數組中元素內容存放到連續的存儲空間。此外，Swift中的字符串對象都是String結構體對象，因此也需要將它們轉換為C語言中const char *類型相兼容的類型，因此這裡將給大家介紹一些比較簡便、且純Swift接口的使用方法，而不是借助於Objective-C的Foundation庫。

/**
 此函數用於將一個數組（Array）的首個元素的值做加1操作
 - parameters:
  - p: inout [Int]類型，傳入的數組對象首地址
 - 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自帶的alloc類方法分配10個Int元素的存儲空間
    // 這個方法其實應該就是對malloc函數的封裝了，用於外部的C接口十分有用
    let buf = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(10)
    let dst = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(10)
    
    // 分別對buf與dst存儲空間進行初始化賦值
    for i in 0 ..< 10 {
      buf[i] = i
      dst[i] = 0
    }
    
    // 使用assignBackwardFrom將buf存儲空間中後5個元素拷貝到dst存儲空間的前5個元素中
    dst.assignBackwardFrom(buf.advancedBy(5), count: 5)
    
    // 用Array分配一個10個Int元素的數組對象arr
    var arr = [Int](count: 10, repeatedValue: 0)
    
    // 將dst中的所有元素拷貝到arr中
    for i in 0 ..< 10 {
      arr[i] = dst[i]
    }
    print(arr)
    
    // 釋放buf與dst。注意，這裡必須用dealloc來釋放，且裡面的參數也要與alloc的參數對應！
    // 不釋放會引發內存洩漏
    buf.dealloc(10)
    dst.dealloc(10)
    
    // arr數組對象指向另一個[1, 2, 3]數組字面量構成的Array對象
    arr = [1, 2, 3]
    
    // 調用test函數，使得arr的第一個元素的值加1
    test(&arr)
    print("arr = \(arr)")
    
    // 這裡使用Array的withUnsafeMutableBufferPointer方法將數組元素內容轉為
    // 指向一個連續存儲空間的首地址。
    // 所以p的類型為：UnsafeMutablePointer<Int>
    let p = arr.withUnsafeMutableBufferPointer() {
      // 這裡，形參是一個含有一個UnsafeMutableBufferPointer的形參，
      // 返回類型為UnsafeMutablePointer的函數類型。
      (inout buffer: UnsafeMutableBufferPointer<Int>) -> UnsafeMutablePointer<Int> in
      return buffer.baseAddress
    }
    
    a = 0
    
    // 我們先查看原先數組對象中的元素內容
    for i in 0 ..< 3 {
      a += p[i]
    }
    print("a = \(a)")
    
    // 我們通過p指針對象對數組arr的內容進行修改
    p[0] -= 1
    p[1] += 1
    p[2] += 2
    
    // 然後打印出修改後的arr數組對象中的元素內容
    print("arr is: \(arr)")
    
    // 這裡用nulTerminatedUTF8方法先轉為ContiguousArray<CodeUnit>對象類型，
    // 其中，CodeUnit是UInt8類型。
    // 然後用withUnsafeBufferPointer轉為UnsafePointer<CChar>類型
    let cstr = "abcd".nulTerminatedUTF8.withUnsafeBufferPointer() {
      return UnsafePointer<CChar>($0.baseAddress)
    }
    
    // 這裡再將剛才生成的UnsafePointer<CChar>類型的C格式字符串轉回String對象
    let string = String.fromCString(cstr)!
    print("string is: \(string)")
  }
}

上述代碼中，UnsafeMutablePointer的alloc方法也是個很不錯的方法，這個方法應該是直接對C語言標准庫malloc的封裝，可以使得我們方便地在Swift中分配連續的存儲空間，比如對於像圖像處理、矩陣計算等算法尤為實用。當然，如果我們的邏輯主要用Array來處理，然後再交給底層的C語言接口做高性能計算，那麼也可以使用數組對象轉連續存儲空間withUnsafeBufferPointer方法，這種處理方式在網絡數據通信中也比較實用。

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