Apple期望在Swift中指針能夠盡量減少登場幾率，因此在Swift中指針被映射為了一個泛型類型，并且還比較抽象。這在一定程度上造成了在Swift中指針使用的困難，特別是對那些并不熟悉指針，也沒有多少指針操作經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者（包括我自己也是）來說，在Swift中使用指針確實(shí)是一個挑戰(zhàn)。在這篇文章里，我希望能從最基本的使用開始，總結(jié)一下在Swift中使用指針的一些常見方式和場景。這篇文章假定你至少知道指針是什么，如果對指針本身的概念不太清楚的話，可以先看看這篇五分鐘C指針教程（或者它的中文版本），應(yīng)該會很有幫助。
初步
在Swift中，指針都使用一個特殊的類型來表示，那就是UnsafePointer<T>。遵循了Cocoa的一貫不可變原則，UnsafePointer<T> 也是不可變的。當(dāng)然對應(yīng)地，它還有一個可變變體，UnsafeMutablePointer<T>。絕大部分時間里，C中的指針都會被以這兩種類型引入到Swift中：C中const修飾的指針對應(yīng)UnsafePointer（最常見的應(yīng)該就是C字符串的const char *了)，而其他可變的指針則對應(yīng)UnsafeMutablePointer。除此之外，Swift中存在表示一組連續(xù)數(shù)據(jù)指針的UnsafeBufferPointer<T>，表示非完整結(jié)構(gòu)的不透明指針COpaquePointer等等。另外你可能已經(jīng)注意到了，能夠確定指向內(nèi)容的指針類型都是泛型的struct，我們可以通過這個泛型來對指針指向的類型進(jìn)行約束以提供一定安全性。
對于一個UnsafePointer<T>類型，我們可以通過memory屬性對其進(jìn)行取值，如果這個指針是可變的UnsafeMutablePointer<T> 類型，我們還可以通過memory對它進(jìn)行賦值。比如我們想要寫一個利用指針直接操作內(nèi)存的計數(shù)器的話，可以這么做：
func incrementor(ptr: UnsafeMutablePointer<Int>) {
ptr.memory += 1
}
var a = 10
incrementor(&a)
a // 11
這里和C的指針使用類似，我們通過在變量名前面加上&符號就可以將指向這個變量的指針傳遞到接受指針作為參數(shù)的方法中去。在上面的incrementor中我們通過直接操作memory屬性改變了指針指向的內(nèi)容。
與這種做法類似的是使用Swift的inout關(guān)鍵字。我們在將變量傳入inout參數(shù)的函數(shù)時，同樣也使用&符號表示地址。不過區(qū)別是在函數(shù)體內(nèi)部我們不需要處理指針類型，而是可以對參數(shù)直接進(jìn)行操作。
func incrementor1(inout num: Int) {
num += 1
}
var b = 10
incrementor1(&b)
b // 11
雖然&在參數(shù)傳遞時表示的意義和C中一樣，是某個“變量的地址”，但是在Swift中我們沒有辦法直接通過這個符號獲取一個UnsafePointer的實(shí)例。需要注意這一點(diǎn)和C有所不同：
// 無法編譯
let a = 100
let b = &a
指針初始化和內(nèi)存管理
在Swift中不能直接取到現(xiàn)有對象的地址，我們還是可以創(chuàng)建新的UnsafeMutablePointer對象。與Swift 中其他對象的自動內(nèi)存管理不同，對于指針的管理，是需要我們手動進(jìn)行內(nèi)存的申請和釋放的。一個 UnsafeMutablePointer的內(nèi)存有三種可能狀態(tài)：
1.內(nèi)存沒有被分配，這意味著這是一個 null 指針，或者是之前已經(jīng)釋放過；
2.內(nèi)存進(jìn)行了分配，但是值還沒有被初始化；
3.內(nèi)存進(jìn)行了分配，并且值已經(jīng)被初始化。
其中只有第三種狀態(tài)下的指針是可以保證正常使用的。UnsafeMutablePointer的初始化方法(init)完成的都是從其他類型轉(zhuǎn)換到UnsafeMutablePointer的工作。我們?nèi)绻胍陆ㄒ粋€指針，需要做的是使用alloc:這個類方法。該方法接受一個num: Int作為參數(shù)，將向系統(tǒng)申請num個數(shù)的對應(yīng)泛型類型的內(nèi)存。下面的代碼申請了一個Int大小的內(nèi)存，并返回指向這塊內(nèi)存的指針：
var intPtr = UnsafeMutablePointer<Int>.alloc(1)
// "UnsafeMutablePointer(0x7FD3A8E00060)"
接下來應(yīng)該做的是對這個指針的內(nèi)容進(jìn)行初始化，我們可以使用initialize:方法來完成初始化：
intPtr.initialize(10)
// intPtr.memory 為 10
在完成初始化后，我們就可以通過memory來操作指針指向的內(nèi)存值了。
在使用之后，我們最好盡快釋放指針指向的內(nèi)容和指針本身。與initialize:配對使用的destroy用來銷毀指針指向的對象，而與alloc:對應(yīng)的dealloc:用來釋放之前申請的內(nèi)存。它們都應(yīng)該被配對使用：
intPtr.destroy()
intPtr.dealloc(1)
intPtr = nil
注意：其實(shí)在這里對于Int這樣的在C中映射為int的“平凡值”來說，destroy并不是必要的，因?yàn)檫@些值被分配在常量段上。但是對于像類的對象或者結(jié)構(gòu)體實(shí)例來說，如果不保證初始化和摧毀配對的話，是會出現(xiàn)內(nèi)存泄露的。所以沒有特殊考慮的話，不論內(nèi)存中到底是什么，保證initialize:和destroy配對會是一個好習(xí)慣。
指向數(shù)組的指針
在Swift中將一個數(shù)組作為參數(shù)傳遞到C API時，Swift已經(jīng)幫助我們完成了轉(zhuǎn)換，這在Apple的官方博客中有個很好的例子：
import Accelerate
let a: [Float] = [1, 2, 3, 4]
let b: [Float] = [0.5, 0.25, 0.125, 0.0625]
var result: [Float] = [0, 0, 0, 0]
vDSP_vadd(a, 1, b, 1, &result, 1, 4)
// result now contains [1.5, 2.25, 3.125, 4.0625]
對于一般的接受const數(shù)組的C API，其要求的類型為UnsafePointer，而非const的數(shù)組則對應(yīng)UnsafeMutablePointer。使用時，對于const的參數(shù)，我們直接將Swift數(shù)組傳入（上例中的a和b）；而對于可變的數(shù)組，在前面加上&后傳入即可（上例中的result）。
對于傳參，Swift進(jìn)行了簡化，使用起來非常方便。但是如果我們想要使用指針來像之前用memory的方式直接操作數(shù)組的話，就需要借助一個特殊的類型：UnsafeMutableBufferPointer。
Buffer Pointer是一段連續(xù)的內(nèi)存的指針，通常用來表達(dá)像是數(shù)組或者字典這樣的集合類型。
var array = [1, 2, 3, 4, 5]
var arrayPtr = UnsafeMutableBufferPointer<Int>(start: &array, count: array.count)
// baseAddress 是第一個元素的指針
var basePtr = arrayPtr.baseAddress as UnsafeMutablePointer<Int>
basePtr.memory // 1
basePtr.memory = 10
basePtr.memory // 10
//下一個元素
var nextPtr = basePtr.successor()
nextPtr.memory // 2
指針操作和轉(zhuǎn)換
withUnsafePointer
上面我們說過，在Swift中不能像C里那樣使用&符號直接獲取地址來進(jìn)行操作。如果我們想對某個變量進(jìn)行指針操作，我們可以借助withUnsafePointer這個輔助方法。這個方法接受兩個參數(shù)，第一個是 inout的任意類型，第二個是一個閉包。Swift會將第一個輸入轉(zhuǎn)換為指針，然后將這個轉(zhuǎn)換后的Unsafe的指針作為參數(shù)，去調(diào)用閉包。使用起來大概是這個樣子：
var test = 10
test = withUnsafeMutablePointer(&test, { (ptr: UnsafeMutablePointer<Int>) -> Int in
ptr.memory += 1
return ptr.memory
})
test // 11
這里其實(shí)我們做了和文章一開始的incrementor相同的事情，區(qū)別在于不需要通過方法的調(diào)用來將值轉(zhuǎn)換為指針。這么做的好處對于那些只會執(zhí)行一次的指針操作來說是顯而易見的，可以將“我們就是想對這個指針做點(diǎn)事兒”這個意圖表達(dá)得更加清晰明確。
unsafeBitCast
unsafeBitCast是非常危險的操作，它會將一個指針指向的內(nèi)存強(qiáng)制按位轉(zhuǎn)換為目標(biāo)的類型。因?yàn)檫@種轉(zhuǎn)換是在Swift的類型管理之外進(jìn)行的，因此編譯器無法確保得到的類型是否確實(shí)正確，你必須明確地知道你在做什么。比如：
let arr = NSArray(object: "meow")
let str = unsafeBitCast(CFArrayGetValueAtIndex(arr, 0), CFString.self)
str // “meow”
因?yàn)镹SArray是可以存放任意NSObject對象的，當(dāng)我們在使用CFArrayGetValueAtIndex從中取值的時候，得到的結(jié)果將是一個UnsafePointer<Void>。由于我們很明白其中存放的是String對象，因此可以直接將其強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為CFString。
關(guān)于unsafeBitCast一種更常見的使用場景是不同類型的指針之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因?yàn)橹羔槺旧硭加玫牡拇笮∈且欢ǖ?，所以指針的類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換是不會出什么致命問題的。這在與一些C API協(xié)作時會很常見。比如有很多C API要求的輸入是void *，對應(yīng)到Swift中為UnsafePointer<Void>。我們可以通過下面這樣的方式將任意指針轉(zhuǎn)換為UnsafePointer。
var count = 100
var voidPtr = withUnsafePointer(&count, { (a: UnsafePointer<Int>) -> UnsafePointer<Void> in
return unsafeBitCast(a, UnsafePointer<Void>.self)
})
// voidPtr 是 UnsafePointer<Void>。相當(dāng)于 C 中的 void *
// 轉(zhuǎn)換回 UnsafePointer<Int>
var intPtr = unsafeBitCast(voidPtr, UnsafePointer<Int>.self)
intPtr.memory //100
總結(jié)
Swift從設(shè)計上來說就是以安全作為重要原則的，雖然可能有些啰嗦，但是還是要重申在Swift中直接使用和操作指針應(yīng)該作為最后的手段，它們始終是無法確保安全的。從傳統(tǒng)的C代碼和與之無縫配合的Objective-C代碼遷移到Swift并不是一件小工程，我們的代碼庫肯定會時不時出現(xiàn)一些和C協(xié)作的地方。我們當(dāng)然可以選擇使用Swift重寫部分陳舊代碼，但是對于像是安全或者性能至關(guān)重要的部分，我們可能除了繼續(xù)使用C API以外別無選擇。如果我們想要繼續(xù)使用那些API的話，了解一些基本的Swift指針操作和使用的知識會很有幫助。
對于新的代碼，盡量避免使用Unsafe開頭的類型，意味著可以避免很多不必要的麻煩。Swift給開發(fā)者帶來的最大好處是可以讓我們用更加先進(jìn)的編程思想，進(jìn)行更快和更專注的開發(fā)。只有在尊重這種思想的前提下，我們才能更好地享受這門新語言帶來的種種優(yōu)勢。顯然，這種思想是不包括到處使用 UnsafePointer的。
