nil 的語(yǔ)義

在 Objective-C 中，nil 表示空對(duì)象，它本質(zhì)是一個(gè)指向 0x00000000 的指針。但對(duì)于非指針的值類(lèi)型，OC 中是無(wú)法表示_沒(méi)有值_這個(gè)概念的，比如 NSInteger，它可以是 0，也可以是其他任何值，但就是不存在_沒(méi)有值_。

Swift 作為一種強(qiáng)類(lèi)型的語(yǔ)言，它從一開(kāi)始就引入了_沒(méi)有值_這個(gè)概念，雖然還是用 nil 關(guān)鍵字，但實(shí)際語(yǔ)義上有所不同。比如 Int?，它可以是 nil，也可以是 0，0 是一個(gè)具體的值，而 nil 不是。然而，計(jì)算機(jī)作為一個(gè)二進(jìn)制的機(jī)器，它內(nèi)存中保存的非 0 即 1，如何表示_沒(méi)有值_呢？換句話說(shuō)，nil 在內(nèi)存中究竟是什么？我們可以通過(guò)簡(jiǎn)單的代碼找出它在內(nèi)存中的真相。

nil 在內(nèi)存中的表示

/// 以下方法取 value 的地址，并從地址處向后取它在內(nèi)存中的大小 size 個(gè)字節(jié)，轉(zhuǎn)為對(duì)應(yīng)的數(shù)組
func bytes<T>(of value: T) -> [UInt8] {
    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)    // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]
int = nil
bytes(of: int)    // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 1]

從上面我們可以得知，可選的 Int? 類(lèi)型比普通 Int 類(lèi)型多占一個(gè)字節(jié)，用來(lái)表示是不是 沒(méi)有值。如果這樣的話，在 struct 或 class 中用可選類(lèi)型豈不是會(huì)浪費(fèi)較多內(nèi)存空間？因?yàn)閮?nèi)存對(duì)齊的緣故，多一個(gè)字節(jié)，就要浪費(fèi)剩下的 7 字節(jié)，比如：

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]

以上原本可以用 16 字節(jié)表示的結(jié)構(gòu)體，實(shí)際上占了 25 字節(jié)（考慮結(jié)尾處內(nèi)存對(duì)齊，其實(shí)占了 32 字節(jié)）。我們?cè)趯?shí)際開(kāi)發(fā)中，可能會(huì)在 class 中聲明大量的可選字段，如果都這樣的話，那內(nèi)存使用率也太低了，有優(yōu)化手段嗎？

答案是有的，而且 Swift 編譯器已經(jīng)默默幫我們做了。

nil 的優(yōu)化

Bool

Bool 類(lèi)型理論上只用 0 1 兩個(gè)值，一個(gè) bit 即可，但它卻占了一整個(gè) byte ，剩下的幾個(gè) bit 是可以用來(lái)區(qū)分是否有值的。

var b: Bool? = false
bytes(of: b) // [0]
b = true
bytes(of: b) // [1]
b = nil
bytes(of: b) // [2]

從以上結(jié)果得知，Swift 用 2 表示 Bool? 的_沒(méi)有值_，所以沒(méi)有內(nèi)存浪費(fèi)。這樣也使得 Bool? 不再是兩態(tài)的開(kāi)關(guān)，而是一個(gè)三態(tài)的開(kāi)關(guān)。于是經(jīng)常在代碼中看到看起來(lái)比較蠢的寫(xiě)法：

var value: Bool?
if value == true {
}

因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)是不建議 Bool 值與 true 判斷等的，它本身已經(jīng)是 Bool 了。而在 Swift 中又用起來(lái)是那么自然……

String

String 類(lèi)型不同于 Int 這種——0 也是合法值，String 的內(nèi)存值為 0 是可以表示_沒(méi)有值_的，所以它也沒(méi)有內(nèi)存浪費(fèi)

String 在 Swift 中是一個(gè)結(jié)構(gòu)體，無(wú)論字符串多長(zhǎng)，String 變量本身只占 16 字節(jié)，短的字符串通過(guò)類(lèi)似 OC 中 Tagged Pointer 的技術(shù)直接存在指針中，長(zhǎng)的字符串需要指向堆內(nèi)存地址。

Class

Class 類(lèi)型同 OC 中的一樣，是指針類(lèi)型，空指針可以表示_沒(méi)有值_，沒(méi)有內(nèi)存浪費(fèi)。

class MyObject {
    var b: Int? = 2
    var a: Int? = 3
}
var o: MyObject? = .init()
bytes(of: o)  // [160, 142, 188, 2, 0, 96, 0, 0]
o = nil
bytes(of: o)  // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

無(wú)論 Class 中有多少成員變量，Class 變量本身（即指向它的指針）只占 8 字節(jié)（64位系統(tǒng)中）。

Enum

枚舉類(lèi)型一般是有限的，最終總可以找到一個(gè)不在枚舉范圍內(nèi)的值表示 _沒(méi)有值_，也可以沒(méi)有內(nèi)存浪費(fèi)。

enum Edge {
    case left
    case right
    case top
    case bottom
}
var e: Edge? = .left
bytes(of: e)  // [0]
e = .bottom
bytes(of: e)  // [3]
e = nil
bytes(of: e)  // [4]，用越界值表示 nil，沒(méi)有值

當(dāng)然并不是所有 Enum 類(lèi)型都能這樣，帶關(guān)聯(lián)值的就可能不行。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Swift 編譯器會(huì)盡可能地優(yōu)化可選值的內(nèi)存占用，日常開(kāi)發(fā)并不需要太多關(guān)心，但是部分情況仍要求開(kāi)發(fā)者盡量少使用可選值，如結(jié)構(gòu)體中連續(xù)幾個(gè)可選 Int 的情況，如果 0 也能滿(mǎn)足代碼邏輯，就使用非可選值，并用 0 初始化它吧！

// 浪費(fèi)的內(nèi)存比較可觀
struct My {
   var a: Int?
   var b: Int?
   var c: Int?
   var d: Int?
}

以上就是Swift可選值優(yōu)化示例詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于Swift可選值優(yōu)化的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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