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梁杰 · 更新于 2018-10-21 00:00:39

Swift 与 C 语言指针友好合作


翻译:老码团队翻译组-Relly 校对:老码团队翻译组-Tyrion

本页包含内容:

Objective-C 和 C 的 API 常常会需要用到指针。Swift 中的数据类型都原生支持基于指针的 Cocoa API,不仅如此,Swift 会自动处理部分最常用的将指针作为参数传递的情况。这篇文章中,我们将着眼于在 Swift 中让 C 语言指针与变量、数组和字符串共同工作。

用以输入/输出的参数指针

C 和 Objective-C 并不支持多返回值,所以 Cocoa API 中常常将指针作为一种在方法间传递额外数据的方式。Swift 允许指针被当作 inout 参数使用,所以你可以用符号 & 将对一个变量的引用作为指针参数传递。举例来说:UIColor 中的 getRed(_:green:blue:alpha:) 方法需要四个 CGFloat* 指针来接收颜色的组成信息,我们使用 & 来将这些组成信息捕获为本地变量:

var r: CGFloat = 0, g: CGFloat = 0, b: CGFloat = 0, a: CGFloat = 0
color.getRed(&r, green: &g, blue: &b, alpha: &a)

另一种常见的情况是 Cocoa 中 NSError 的习惯用法。许多方法会使用一个 NSError** 参数来储存可能的错误的信息。举例来说:我们用 NSFileManagercontentOfDirectoryAtPath(_:error:) 方法来将目录下的内容列表,并将潜在的错误指向一个 NSError? 变量:

var maybeError: NSError?
if let contents = NSFileManager.defaultManager()
    .contentsOfDirectoryAtPath("/usr/bin", error: &maybeError) {
    // Work with the directory contents
} else if let error = maybeError {
    // Handle the error
}

为了安全性,Swift 要求被使用 & 传递的变量已经初始化。因为无法确定这个方法会不会在写入数据前尝试从指针中读取数据。

作为数组使用的参数指针

在 C 语言中,数组和指针的联系十分紧密,而 Swift 允许数组能够作为指针使用,从而与基于数组的 C 语言 API 协同工作更加简单。一个固定的数组可以使用一个常量指针直接传递,一个变化的数组可以用 & 运算符将一个非常量指针传递。就和输入/输出参数指针一样。举例来说:我们可以用 Accelerate 框架中的 vDSP_vadd 方法让两个数组 ab 相加,并将结果写入第三个数组 result

import Accelerate

let a: [Float] = [1, 2, 3, 4]
let b: [Float] = [0.5, 0.25, 0.125, 0.0625]
var result: [Float] = [0, 0, 0, 0]

vDSP_vadd(a, 1, b, 1, &result, 1, 4)

// result now contains [1.5, 2.25, 3.125, 4.0625]

用作字符串参数的指针

C 语言中用 cont char* 指针来作为传递字符串的基本方式。Swift 中的 String 可以被当作一个无限长度 UTF-8编码的 const char* 指针来传递给方法。举例来说:我们可以直接传递一个字符串给一个标准 C 和 POSIX 库方法

puts("Hello from libc")
let fd = open("/tmp/scratch.txt", O_WRONLY|O_CREAT, 0o666)

if fd < 0 {
    perror("could not open /tmp/scratch.txt")
} else {
    let text = "Hello World"
    write(fd, text, strlen(text))
    close(fd)
}

指针参数转换的安全性

Swift 很努力地使与 C 语言指针的交互更加便利,因为它们广泛地存在于 Cocoa 之中,同时保持一定的安全性。然而,相比你的其他 Swift 代码与 C 语言的指针交互具有潜在的不安全性,所以务必要小心使用。其中特别要注意:

  • 如果被调用者为了在其返回值之后再次使用而保存了 C 指针的数据,那么这些转换使用起来并不安全。转换后的指针仅在调用期间保证有效。甚至你将同样的变量、数组或字符串作为多指针参数再次传递,你每次都会收到一个不同的指针。这个异常将全局或静态地储存为变量。你可以安全地将这段地址当作永久唯一的指针使用。例如:作为一个 KVO 上下文参数使用的时候。

  • 当指针类型为 ArrayString 时,溢出检查不是强制进行的。 基于 C 语言的 API 无法增加数组和字符串大小,所以在你将其传递到基于 C 语言的 API 之前,你必须确保数组或字符的大小正确。

如果你需要使用基于指针的 API 时没有遵守以上指导,或是你重写了接受指针参数的 Cocoa 方法,于是你可以在 Swift 中直接用不安全的指针来使用未经处理的内存。在未来的文章中我们将着眼于更加高级的情况。