in Swift Objective-C Foundation ~ read.

Swift与OC中拷贝与可变性

首先来看一下Objective-C中的拷贝与可变性。为了解释方便,定义两个类:PersonMyObject,它们都继承自NSObject。他们的关系如下:

// Person.h
@property (strong, nonatomic, nullable) MyObject *object;
// MyObjec.h
@property (copy, nonatomic) NSString *name;

普通对象拷贝

对于一个OC中的对象来说,可能涉及拷贝的有三种操作:

  1. retain操作:

    objc Person *p = [[Person alloc] init]; Person *p1 = p;

    这里的p1默认是__strong,所以它会对p进行retain操作。retain与复制无关,只会对引用计数加1。p1p的地址是完全一样的:

    objc 2015-12-23 21:24:31.893 Copy[1300:120857] p = 0x1006012c0 2015-12-23 21:24:31.894 Copy[1300:120857] p1 = 0x1006012c0

    这种写法最简单,而且严格来说不是复制,但值得一提,因为在接下来的OC和Swift中,都会涉及到这样的代码。

  2. copy方法:

    调用copy方法需要实现NSCopying协议,并提供copyWithZone方法:

    ```objc

    • (id)copyWithZone:(NSZone *)zone { Person *copyInstance = [[self class] allocWithZone:zone]; copyInstance.object = self.object; return copyInstance; } ```

    第二行代码就是刚刚所说的retain操作。因此,我们虽然复制了Person对象的指针,但是其内部的属性,依然和原来对象的相同。

  3. 自定义拷贝方法:

    我们当然可以自己定义一个拷贝方法,在复制Person对象的同时,把其中的object属性也复制,而不是仅仅retain

第二三种复制方法的区别如图所示:

两种拷贝方式

浅拷贝与深拷贝

标为红色的是两种拷贝方式的不同之处。对于左边这种,只拷贝指针本身的拷贝方法,我们称为浅拷贝。对于右边那种,不仅拷贝指针自身,还拷贝指针中所有元素的拷贝方法,我们称为深拷贝。

没有明确的限制copy和自定义的拷贝方法要如何实现。也就是说copy方法可以用来进行深拷贝,我们也可以自定义浅拷贝的方法。这完全取决于我们自己如何实现copy方法和自定义的拷贝方法。在OC中,对于自定义的类来说,浅拷贝与深拷贝只是一种概念,并没有明确的标注哪种方法就是浅拷贝。

注意

“深拷贝将被拷贝的对象完全复制”这种说法不完全正确,比如上图中我们看到data的地址永远不会拷贝。这是因为,深拷贝只负责了对象的拷贝,以及对象中所有属性的拷贝。正是因为拷贝了属性,将p深拷贝后得到的p'object指针地址和pobject指针地址不同。

但是至于data会不会被拷贝,这取决于MyObject类如何设计,如果MyObjectcopy方法只是浅拷贝,就会形成如上图所示的情况。如果MyObjectcopy方法也是深拷贝,那么data的地址也会不同。

容器对象拷贝

在OC中,所有Foundation中的容器类,分为可变容器和不可变容器,它们的拷贝都是浅拷贝。这也就是为什么建议自定义的对象实现浅拷贝,如果有需要才自定义深拷贝方法。因为这样一来,所有的方法调用就都可以统一,不至于造成误解。

如果我们把数组想象成一个三层的数据结构,第一层是数组自己的指针,第二层是存放在数组中的指针,第三层(如果第二层是指针)则是这些指针指向的对象。那么在复制数组时,复制的是前两层,第三层的对象不会被复制。如果把前两层看做指针,第三层看做对象,那么数组的拷贝,无论是copy还是mutableCopy都是浅拷贝。当然,也有人把这个称为“单层深拷贝”,这些概念性的定义都不重要,重要的是知道数组拷贝时的原理。

这一点很好理解。首先,指针所指向的对象,也许很大,深拷贝可能占用过多的内存和时间。其次,容器不知道自己存储的对象是否实现了NSCopying协议。如果容器的拷贝默认是深拷贝,同时你在数组中存放了Person类的对象,而Person类根本没有实现NSCopying协议,后果是复制容器会导致程序崩溃。这是任何语言开发者都不希望看到的,所以设身处地想一下,如果是你来设计OC,也不会让数组深拷贝吧。

观察下面这段代码,思考一下为什么a1[0] = @0没有影响a2

NSMutableArray *a1 = [[NSMutableArray alloc] initWithObjects:@1, @2, nil];  
NSMutableArray *a2 = [a1 mutableCopy];  
a1[0] = @0;  
NSLog(@"a2 = %@", a2);

/*
2015-12-23 23:11:53.711 Copy[1795:220469] a2 = (  
    0,
    2
)
*/

可变性

容器对象分为可变容器与不可变容器,NSDataNSArrayNSString等都是不可变容器,以NSMutable开头的则是它们的可变版本。下面统一用NSArrayNSMutableArray举例说明。

因为NSMutableArrayNSArray的子类,所以NSArray对象不能强制转换成NSMutableArray,否则在调用addObject方法时会崩溃。反之,NSMutableArray可以转换成它的父类NSArray,这么做会导致它失去可变性。

容器拷贝的难点在于可变性的变化。容器有两种方法:copymutableCopy,再次强调这两者都是浅拷贝。它们的区别在于,返回值是否是可变的。前者返回不可变容器,后者返回可变容器。

这也就是说,返回值的可变性与被拷贝对象的可变性无关,仅取决于调用了何种拷贝方法。比如:

NSMutableArray *mutableArray = [[NSMutableArray alloc] initWithObjects:@1, @2, nil];  
NSMutableArray *array = [mutableArray copy];  
[array addObject:@3];

尽管我们调用了mutableArray的拷贝方法,返回值也声明为NSMutableArray,但是调用addObject方法时依然会导致运行时错误。这是由错误的调用了copy方法导致的。

调用一个对象的浅拷贝方法会得到一个新的对象(地址不同),但是容器类中有一个特例:

NSArray *array1 = @[@1, @2];  
NSArray *array2 = [array1 copy];  
// array1和array2指向的数组对象地址相同

这是因为既然array1array2都不能再修改,那么两者共用同一块内存也是无所谓的,所以OC做了这样的优化。

字符串拷贝

字符串也可以被当做容器来理解。它有NSStringNSMutableString两个版本。

于是为什么字符串属性要定义成@property(copy, nonatomic)就很好理解了。它主要用于处理这种情况:

NSMutableString *string = @"hello";  
self.propertyString = string;  
[string appendString:@" world"];

如果属性定义成strong,那么在第二步执行了retain操作,第三步对string的修改就会影响到原来的属性。现在我们把属性定义为copy,那么第二步操作其实是得到了一个新的,不可变字符串。这符合我们的预期目的。

Swift拷贝

结构体拷贝

数组、字典等容器在Swift中被定义成了结构体,它们的拷贝规则和OC完全不同:

var array1 = [1,2,3]  
var array2 = array1

array1[0] = 0  
print(array2) // 输出结果:[1, 2, 3]  

可以看到,即使是最简单的等号赋值,也会浅拷贝原来的值。这是由Swift中结构体的值语义决定的。之所以说是浅拷贝而不是深拷贝,理由参见前文解释OC中容器的浅拷贝,尤其是第二点理由,不管是对于OC还是Swift来说都是通用的。

对象拷贝

和OC中指针赋值类似,对象的直接赋值操作与拷贝无关:

class Person {  
    var name: String;
    init(name:String) {
        self.name = name
    }
}

let person1 = Person(name: "zxy")  
let person2 = person1  
person1.name = "new name"

print(person2.name) //结果是“new name”  

如果要拷贝对象,有两种方法。首先,最自然想到的是实现NSCopying协议,注意只有NSObject类的对象才能实现这个协议:

class Person : NSObject, NSCopying {  
    var name: String;
    init(name:String) {
        self.name = name
    }

    func copyWithZone(zone: NSZone) -> AnyObject {
        return Person(name: self.name)
    }
}

但这样做最大的问题在于,你必须继承自NSObject,这就又回到了OC的那一套。如果我们希望定义纯粹的Swift类,完全可以自己定义并实现拷贝方法。

“面向接口编程”的原则告诉我们,我们应该让Person实现某个接口,而不是继承自某个子类:

protocol Copyable {  
    func copy() -> Copyable
}

class Person : Copyable {  
    var name: String;
    init(name:String) {
        self.name = name
    }

    func copy() -> Copyable {
        return Person(name: self.name)
    }
}

let person1 = Person(name: "zxy")  
let person2 = person1.copy() as! Person  

这样就完美的实现Swift-Style拷贝了。

总结

在OC中,浅拷贝通常由NSCopying协议的copyWithZone方法实现,深拷贝需要自定义方法。直接赋值意味着retain而不是拷贝。

在Swift中,值类型直接用等号赋值意味着浅拷贝,引用类型的拷贝可以通过实现自定义的Copyable协议或OC的NSCopying协议完成。

在OC中,我们需要容器的可变性,而Swift在这一点做的要比OC好得多。它的可变性非常简单,完全通过letvar控制,这也是Swift相比于OC的一个优点吧,毕竟高级的语言应该尽可能封装底层实现。