Swift系列十 - inout的本质

inout是可以用来在函数内部修改外部属性内存的。

一、inout回顾

示例代码：

func test(_ num: inout Int) {
    num = 20
}
var a = 10
test(&a)
print(a) // 输出：20
test(&a)

通过汇编分析，全局变量a的地址0x6c52(%rip)传递给了寄存器rdi，rdi作为参数传递给了test函数，所以inout的本质就是引用传递（地址传递）。

二、inout本质

示例代码：

struct Shape {
    var width: Int
    var side: Int {
        willSet {
            print("willSet", newValue)
        }
        didSet {
            print("didSet", oldValue, side)
        }
    }
    var girth: Int {
        set {
            print("setGirth")
            width = newValue / side
        }
        get {
            print("getGirth")
            return width * side
        }
    }
    func show() {
        print("width=\(width), side=\(side), girth=\(girth)")
    }
}

func test(_ num: inout Int) {
    print("test")
    num = 20
}
var s = Shape(width: 10, side: 4)

2.1. 存储属性

test(&s.width)
s.show()
/*
 输出：
 test
 getGirth
 width=20, side=4, girth=80
 */

分析：

• 0x6c9d(%rip)是全局变量s的地址值；
• s的内存地址和结构体Shape中第一个存储属性的地址是相同的（值类型）；
• 相当于把实例s中存储属性width的内存地址传给了test函数；
• 所以结构体的存储属性使用inout的本质和全局/局部变量都一样。

结论：

由于存储属性有自己的内存地址，所以直接把存储属性的地址传递给需要修改的函数，在函数内部修改存储属性的值。

2.2. 计算属性

test(&s.girth)
s.show()
/*
 输出：
 getGirth
 test
 setGirth
 getGirth
 width=5, side=4, girth=20
 */

> 思考：上面的代码中s.girth也是地址传递么？答案：不是，因为girth不是存储属性，所以不占用结构体的内存，但是使用&s.girth不会报错，并且正常读写值，所以编译器是允许我们这么做的。那它是如何传递修改值的呢？

分析：

• 执行代码test(&s.girth)首先调用了girth的getter方法；
• 然后getter方法会返回一个值，这个值放在临时空间内（局部变量）；
• 调用test方法时是把getter返回的临时变量作为参数传递的（传递的还是地址值），这时候在test方法内部修改的是临时变量内存的值；
• 当修改局部变量内存时，会调用girth的setter方法，把局部变量的值作为参数传递；
• 最终的结果就是值被修改了。

结论：

由于计算属性没有自己的地址值，所以会调用getter方法获取一个局部变量，把局部变量的值传递给需要修改的函数，在函数内部修改局部变量的值，最后把局部变量的值传递给setter方法。

2.3. 属性观察器

test(&s.side)
s.show()
/*
 输出：
 test
 willSet 20
 didSet 4 20
 getGirth
 width=10, side=20, girth=200
 */

分析：

• 取出0x6cc3(%rip)的前8个字节给rax，而0x6cc3(%rip)的本质就是存储属性side（通过汇编注释可以看出s偏移8个字节，而width占用8个字节，跳过width就是side）；
• rax的值又给了局部变量-0x28(%rbp)；
• 然后把局部变量rdi的值传递给了test函数，通过打印发现rdi保存的值就是20；
• test函数执行完成后，开始执行side的setter方法，并把之前的局部变量rdi作为参数传递过去；
• willset之前没有修改rdi，所以rdi保存的还是20，并且作为第一个参数传递给了willset；
• 由于willset之后才会真正修改属性值，并且didset之前已经知道修改过的属性值，所以真正修改属性值是在willset和didset之间；

结论：

修改带有属性观察器的存储属性值时，和计算属性的过程有点类似。先拿到属性的值给局部变量，然后把局部变量的地址值传递给需要修改的函数，函数内部会修改局部变量的值。函数执行完成后把已经修改过的局部变量的值赋值给属性。赋值时，优先执行属性的willset方法，willset执行结束后，才会真正修改属性的值，最后调用didset。

小技巧：需要传递inout参数的函数，业务逻辑是非常独立的，目的仅仅是修改传递过来的参数值，不会影响计算属性/存储属性（属性观察器）的逻辑，所以除了计算属性可以直接传地址，其他属性都需要一个局部变量做一个中转。

2.4. inout的本质总结

1. 如果实参有物理内存地址，且没有设置属性观察器

   • 直接将实参的内存地址传入函数（实参进行引用传递）

2. 如果实参是计算属性或设置了属性观察器，采取Copy In Copy Out的做法：

   • 调用该函数时，先复制实参的值，产生一个副本（局部变量-执行get方法）
   • 将副本的内存地址传入函数（副本进行引用传递），在函数内部可以修改副本的值
   • 函数返回后，再将副本的值覆盖实参的值（执行set方法）

总结：inout的本质就是引用传递（地址传递）。

什么是Copy In Copy Out？先Copy到函数里，修改后再Copy到外面。