关于ios:Swift-的可选值优化

本文作者：苯酚

`nil` 的语义

在 Objective-C 中，nil 示意空对象，它实质是一个指向 0x00000000 的指针。但对于非指针的值类型，OC 中是无奈示意_没有值_这个概念的，比方 NSInteger，它能够是 0，也能够是其余任何值，但就是不存在_没有值_。

Swift 作为一种强类型的语言，它从一开始就引入了_没有值_这个概念，尽管还是用 nil 关键字，但理论语义上有所不同。比方 Int?，它能够是 nil，也能够是 0，0 是一个具体的值，而 nil 不是。然而，计算机作为一个二进制的机器，它内存中保留的非 0 即 1，如何示意_没有值_呢？换句话说，nil 在内存中到底是什么？咱们能够通过简略的代码找出它在内存中的假相。

`nil` 在内存中的示意

/// 以下办法取 value 的地址，并从地址处向后取它在内存中的大小 size 个字节，转为对应的数组
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]

从下面咱们能够得悉，可选的 Int? 类型比一般 Int 类型多占一个字节，用来示意是不是 没有值 。如果这样的话，在 struct 或 class 中用可选类型岂不是会节约较多内存空间？因为内存对齐的缘故，多一个字节，就要节约剩下的 7 字节，比方：

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]

以上本来能够用 16 字节示意的构造体，实际上占了 25 字节（思考结尾处内存对齐，其实占了 32 字节）。咱们在理论开发中，可能会在 class 中申明大量的可选字段，如果都这样的话，那内存使用率也太低了，有优化伎俩吗？

答案是有的，而且 Swift 编译器曾经默默帮咱们做了。

`nil` 的优化

Bool 类型实践上只用 0 1 两个值，一个 bit 即可，但它却占了一整个 byte，剩下的几个 bit 是能够用来辨别是否有值的。

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

从以上后果得悉，Swift 用 2 示意 Bool? 的_没有值_，所以没有内存节约。这样也使得 Bool? 不再是两态的开关，而是一个三态的开关。于是常常在代码中看到看起来比拟蠢的写法：

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

因为一般来说是不倡议 Bool 值与 true 判断等的，它自身曾经是 Bool 了。而在 Swift 中又用起来是那么天然……

String 类型不同于 Int 这种——0 也是非法值，String 的内存值为 0 是能够示意_没有值_的，所以它也没有内存节约

var s: String? = "abc"
bytes(of: s)  // [97, 98, 99, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 227]
s = ""
bytes(of: s)  // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 224]
s = nil
bytes(of: s)  // [0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0]

String 在 Swift 中是一个构造体，无论字符串多长，String 变量自身只占 16 字节，短的字符串通过相似 OC 中 Tagged Pointer 的技术间接存在指针中，长的字符串须要指向堆内存地址。

Class 类型同 OC 中的一样，是指针类型，空指针能够示意_没有值_，没有内存节约。

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]

无论 Class 中有多少成员变量，Class 变量自身（即指向它的指针）只占 8 字节（64 位零碎中）。

枚举类型个别是无限的，最终总能够找到一个不在枚举范畴内的值示意 _没有值_，也能够没有内存节约。

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]，用越界值示意 nil，没有值

当然并不是所有 Enum 类型都能这样，带关联值的就可能不行。

综上所述，Swift 编译器会尽可能地优化可选值的内存占用，日常开发并不需要太多关怀，然而局部状况仍要求开发者尽量少应用可选值，如构造体中间断几个可选 Int 的状况，如果 0 也能满足代码逻辑，就应用非可选值，并用 0 初始化它吧！

// 节约的内存比拟可观
struct My {
   var a: Int?
   var b: Int?
   var c: Int?
   var d: Int?
}

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nil 的语义

nil 在内存中的示意

nil 的优化

Bool

String

Class

Enum

结语

`nil` 的语义

`nil` 在内存中的示意

`nil` 的优化