Swift中的结构体与类的区别(有坑存在)

结构体和枚举是值类型

在 Swift 中,所有的基本类型:整数(Integer)、浮点数(floating-point)、布尔值(Booleans)、字符串(string)、数组(array)和字典(dictionaries),都是值类型,并且都是以结构体的形式在后台所实现。

在 Swift 中,所有的结构体和枚举都是值类型。这意味着它们的实例,以及实例中所包含的任何值类型属性,在代码中传递的时候都会被复制。

类是引用类型

与值类型不同,引用类型在被赋予到一个变量,常量或者被传递到一个函数时,操作的并不是其拷贝。因此,引用的是已存在的实例本身而不是其拷贝。

恒等运算符

因为类是引用类型,有可能有多个常量和变量在后台同时引用某一个类实例。(对于结构体和枚举来说,这并不成立。因为它们作值类型,在被赋予到常量,变量或者传递到函数时,总是会被拷贝。)

如果能够判定两个常量或者变量是否引用同一个类实例将会很有帮助。为了达到这个目的,Swift 内建了两个恒等运算符:

  • 等价于 ( === )
  • 不等价于 ( !== )

以下是运用这两个运算符检测两个常量或者变量是否引用同一个实例:

if tenEighty === alsoTenTighty {
    println("tenTighty and alsoTenEighty refer to the same Resolution instance.")
}
//输出 "tenEighty and alsoTenEighty refer to the same Resolution instance."

请注意“等价于”(用三个等号表示,===) 与“等于”(用两个等号表示,==)的不同:

  • “等价于”表示两个类类型(class type)的常量或者变量引用同一个类实例。
  • “等于”表示两个实例的值“相等”或“相同”,判定时要遵照类设计者定义定义的评判标准,因此相比于“相等”,这是一种更加合适的叫法。

当你在定义你的自定义类和结构体的时候,你有义务来决定判定两个实例“相等”的标准。在章节运算符函数(Operator Functions)中将会详细介绍实现自定义“等于”和“不等于”运算符的流程。

类和结构体的选择

在你的代码中,你可以使用类和结构体来定义你的自定义数据类型。

然而,结构体实例总是通过值传递,类实例总是通过引用传递。这意味两者适用不同的任务。当你的在考虑一个工程项目的数据构造和功能的时候,你需要决定每个数据构造是定义成类还是结构体。

按照通用的准则,当符合一条或多条以下条件时,请考虑构建结构体:

  • 结构体的主要目的是用来封装少量相关简单数据值。
  • 有理由预计一个结构体实例在赋值或传递时,封装的数据将会被拷贝而不是被引用。
  • 任何在结构体中储存的值类型属性,也将会被拷贝,而不是被引用。
  • 结构体不需要去继承另一个已存在类型的属性或者行为。

合适的结构体候选者包括:

  • 几何形状的大小,封装一个width属性和height属性,两者均为Double类型。
  • 一定范围内的路径,封装一个start属性和length属性,两者均为Int类型。
  • 三维坐标系内一点,封装xyz属性,三者均为Double类型。

在所有其它案例中,定义一个类,生成一个它的实例,并通过引用来管理和传递。实际中,这意味着绝大部分的自定义数据构造都应该是类,而非结构体。

数组的赋值和拷贝行为

在Swift 中,数组(Arrays)类型的赋值和拷贝行为要比字典(Dictionary)类型的复杂的多。当操作数组内容时,数组(Array)能提供接近C语言的的性能,并且拷贝行为只有在必要时才会发生。

如果你将一个数组(Array)实例赋给一个变量或常量,或者将其作为参数传递给函数或方法调用,在事件发生时数组的内容会被拷贝。相反,数组公用相同的元素序列。当你在一个数组内修改某一元素,修改结果也会在另一数组显示。

对数组来说,拷贝行为仅仅当操作有可能修改数组长度时才会发生。这种行为包括了附加(appending),插入(inserting),删除(removing)或者使用范围下标(ranged subscript)去替换这一范围内的元素。只有当数组拷贝确要发生时,数组内容的行为规则与字典中键值的相同,参见章节[集合(collection)类型的赋值与复制行为](#assignment_and_copy_behavior_for_collection_types。

下面的示例将一个整数(Int)数组赋给了一个名为a的变量,继而又被赋给了变量bc

var a = [1, 2, 3]
var b = a
var c = a

我们可以在a,b,c上使用下标语法以得到数组的第一个元素:

println(a[0])
// 1
println(b[0])
// 1
println(c[0])
// 1

如果通过下标语法修改数组中某一元素的值,那么a,b,c中的相应值都会发生改变。请注意当你用下标语法修改某一值时,并没有拷贝行为伴随发生,因为下表语法修改值时没有改变数组长度的可能:

a[0] = 42
println(a[0])
// 42
println(b[0])
// 42
println(c[0])
// 42

然而,当你给a附加新元素时,数组的长度改变。 当附加元素这一事件发生时,Swift 会创建这个数组的一个拷贝。从此以后,a将会是原数组的一个独立拷贝。

拷贝发生后,如果再修改a中元素值的话,a将会返回与bc不同的结果,因为后两者引用的是原来的数组:

a.append(4)
a[0] = 777
println(a[0])
// 777
println(b[0])
// 42
println(c[0])
// 42

确保数组的唯一性

在操作一个数组,或将其传递给函数以及方法调用之前是很有必要先确定这个数组是有一个唯一拷贝的。通过在数组变量上调用unshare方法来确定数组引用的唯一性。(当数组赋给常量时,不能调用unshare方法)

如果一个数组被多个变量引用,在其中的一个变量上调用unshare方法,则会拷贝此数组,此时这个变量将会有属于它自己的独立数组拷贝。当数组仅被一个变量引用时,则不会有拷贝发生。

在上一个示例的最后,bc都引用了同一个数组。此时在b上调用unshare方法则会将b变成一个唯一个拷贝:

b.unshare()

unshare方法调用后再修改b中第一个元素的值,这三个数组(a,b,c)会返回不同的三个值:

b[0] = -105
println(a[0])
// 77
println(b[0])
// -105
println(c[0])
// 42

判定两个数组是否共用相同元素

我们通过使用恒等运算符(identity operators)( === and !==)来判定两个数组或子数组共用相同的储存空间或元素。

下面这个示例使用了“恒等于(identical to)” 运算符(===) 来判定bc是否共用相同的数组元素:

if b === c {
    println("b and c still share the same array elements.")
} else {
    println("b and c now refer to two independent sets of array elements.")
}

// 输出 "b and c now refer totwo independent sets of array elements."

此外,我们还可以使用恒等运算符来判定两个子数组是否共用相同的元素。下面这个示例中,比较了b的两个相等的子数组,并且确定了这两个子数组都引用相同的元素:

if b[0...1] === b[0...1] {
    println("These two subarrays share the same elements.")
} else {
    println("These two subarrays do not share the same elements.")
}
// 输出 "These two subarrays share the same elements."

强制复制数组

我们通过调用数组的copy方法进行强制显性复制。这个方法对数组进行了浅拷贝(shallow copy),并且返回一个包含此拷贝的新数组。

下面这个示例中定义了一个names数组,其包含了七个人名。还定义了一个copiedNames变量,用以储存在names上调用copy方法所返回的结果:

var names = ["Mohsen", "Hilary", "Justyn", "Amy", "Rich", "Graham", "Vic"]
var copiedNames = names.copy

我们可以通过修改一个数组中某元素,并且检查另一个数组中对应元素的方法来判定names数组确已被复制。如果你将copiedNames中第一个元素从”Mohsen“修改为”Mo“,则names数组返回的仍是拷贝发生前的”Mohsen“:

copiedName[0] = "Mo"
println(name[0])
// 输出 "Mohsen"

注意:

如果你仅需要确保你对数组的引用是唯一引用,请调用unshare方法,而不是copy方法。unshare方法仅会在确有必要时才会创建数组拷贝。copy方法会在任何时候都创建一个新的拷贝,即使引用已经是唯一引用。