Swift 中的变异结构函数是否会创建 self 的新副本？

Question

我喜欢 swift 中的值语义，但我担心变异函数的性能。假设我们有以下

struct

struct Point {
   var x = 0.0
   mutating func add(_ t:Double){
      x += t
   }
}

现在假设我们创建一个

Point

并对其进行变异：

var p = Point()
p.add(1)

现在内存中现有的

struct

是否发生变异，或者

self

被替换为新实例，如

所示

self = Point(x:self.x+1)

Answer 1

现在内存中的现有结构是否发生变异，或者被新实例自行替换

从概念上讲，这两个选项完全相同。我将使用这个示例结构，它使用 UInt8 而不是 Double（因为它的位更容易可视化）。

struct Point {
    var x: UInt8
    var y: UInt8

    mutating func add(x: UInt8){
       self.x += x
    }
}

假设我创建了这个结构的一个新实例：

var p = Point(x: 1, y: 2)

这会在堆栈上静态分配一些内存。它看起来像这样：

00000000  00000001  00000010  00000000
<------^  ^------^  ^------^ ^----->
other     |self.x | self.y | other memory
          ^----------------^
          the p struct

让我们看看当我们调用

p.add(x: 3)

时这两种情况会发生什么：

1. 现有结构已就地突变：

   我们在内存中的结构将如下所示：

    00000000  00000100  00000010  00000000
    <------^  ^------^  ^------^ ^----->
    other    | self.x | self.y | other memory
            ^----------------^
            the p struct
   

2. Self 被新实例替换：

   我们在内存中的结构将如下所示：

    00000000  00000100  00000010  00000000
    <------^  ^------^  ^------^ ^----->
    other    | self.x | self.y | other memory
            ^----------------^
            the p struct
   

请注意，这两种情况没有区别。这是因为为 self 分配新值会导致就地突变。

p

始终是堆栈上相同的两个内存字节。为 self 分配一个新值到

p

只会替换这 2 个字节的内容，但它仍然是相同的两个字节。

现在，这两种情况之间存在一个差异，即处理初始化程序任何可能的副作用。假设这是我们的结构：

struct Point {
    var x: UInt8
    var y: UInt8
    
    init(x: UInt8, y: UInt8) {
        self.x = x
        self.y = y
        print("Init was run!")
    }

    mutating func add(x: UInt8){
       self.x += x
    }
}

当您运行 

var p = Point(x: 1, y: 2)

时，您会看到打印了

Init was run!

（如预期）。但是当您运行

p.add(x: 3)

时，您会发现没有再打印任何内容。这告诉我们初始化器不是新的。

Answer 2

struct Point {
    var x = 0.0
    mutating func add(_ t: Double){
        x += t
    }
}

var p = Point()
p.add(1)

我们可以看到 

add(_:)

方法发出为：

// Point.add(Double) -> ()
sil hidden @main.Point.add (Swift.Double) -> () :
           $@convention(method) (Double, @inout Point) -> () {
// %0                                             // users: %7, %2
// %1                                             // users: %4, %3
bb0(%0 : $Double, %1 : $*Point):

  // get address of the property 'x' within the point instance.
  %4 = struct_element_addr %1 : $*Point, #Point.x, loc "main.swift":14:9, scope 5 // user: %5

  // get address of the internal property '_value' within the Double instance.
  %5 = struct_element_addr %4 : $*Double, #Double._value, loc "main.swift":14:11, scope 5 // users: %9, %6

  // load the _value from the property address.
  %6 = load %5 : $*Builtin.FPIEEE64, loc "main.swift":14:11, scope 5 // user: %8

  // get the _value from the double passed into the method.
  %7 = struct_extract %0 : $Double, #Double._value, loc "main.swift":14:11, scope 5 // user: %8

  // apply a builtin floating point addition operation (this will be replaced by an 'fadd' instruction in IR gen).
  %8 = builtin "fadd_FPIEEE64"(%6 : $Builtin.FPIEEE64, %7 : $Builtin.FPIEEE64) : $Builtin.FPIEEE64, loc "main.swift":14:11, scope 5 // user: %9

  // store the result to the address of the _value property of 'x'.
  store %8 to %5 : $*Builtin.FPIEEE64, loc "main.swift":14:11, scope 5 // id: %9

  %10 = tuple (), loc "main.swift":14:11, scope 5
  %11 = tuple (), loc "main.swift":15:5, scope 5  // user: %12
  return %11 : $(), loc "main.swift":15:5, scope 5 // id: %12
} // end sil function 'main.Point.add (Swift.Double) -> ()'

（通过运行

xcrun swiftc -emit-sil main.swift | xcrun swift-demangle > main.silgen^）

这里重要的是 Swift 如何处理隐式

self

参数。您可以看到它已作为

@inout

 参数发出，这意味着它将通过 

reference 传递到函数中。 为了执行

x

属性的突变，使用

struct_element_addr

 SIL 指令来查找其地址，然后查找 

_value 的底层

Double

属性。然后，使用 store

 指令将所得的双精度值简单地存储回该地址。

这意味着

add(_:)

方法能够直接更改内存中

p

的

x

属性的值，而无需创建

Point

的任何中间实例。

Answer 3

import Foundation

struct Point {
  var x = 0.0
  mutating func add(_ t:Double){
    x += t
  }
}

var p = Point()

withUnsafePointer(to: &p) {
  print("\(p) has address: \($0)")
}

p.add(1)

withUnsafePointer(to: &p) {
  print("\(p) has address: \($0)")
}

并在输出中获得：

点（x：0.0）的地址：0x000000010fc2fb80

点（x：1.0）的地址：0x000000010fc2fb80

考虑到内存地址没有改变，我敢打赌结构已经被改变，而不是被替换。

要完全替换某些东西，你必须使用另一个内存地址，因此将对象复制回原始内存地址中是没有意义的。

Answer 4