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我想在 swift 中创建一个具有少量固定值（比如 16 个浮点数）作为实例数据的结构。要求这个结构体不要将这些值存储在堆上，这样结构体实例的地址就是实例变量的地址。还要求这些值可以通过下标在结构内部访问，就像数组一样。

在 C 中，您可以简单地定义这种东西：

struct Matrix4x4 {
    float elements[16];
    ...
} myMatrix;

使用此代码，sizeof(Matrix4x4) == 64并且&myMatrix == &myMatrix.elements[0]; 在 swift 中，如果我类似地将elements变量定义为 type [Float]，则矩阵实例仅包含指向数组的指针，因为该Array<Float>实例是存储在堆上的对象。

有没有办法在不放弃类似数组的下标访问的便利性和效率的情况下快速获得实例变量的静态分配？

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目前，这在“纯 Swift”中是不可能的。关于 swift-evolution 邮件列表的讨论很长，从

它要求这样的特性，例如将矩阵结构传递给 C 函数。据我所知，这个建议很受欢迎，但目前还没有具体的计划，也没有在 当前活跃的 Swift 提案中列出。

交流阵列

float elements[16];

以包含 16 个组件的元组形式导入 Swift：

public var elements: (Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float, Float)

目前这似乎是定义具有给定内存布局的固定大小结构的唯一方法。Apple 的 Joe Groff 在 [swift-users] 将 C 语义映射到 Swift 上写道

Swift 结构具有未指定的布局。如果你依赖于特定的布局，你现在应该在 C 中定义结构并将其导入 Swift。

稍后在该讨论中：

您可以保留在 C 中定义的结构并将其导入 Swift。Swift 会尊重 C 的布局。

如果矩阵类型是在 C 头文件中定义的（为了简单起见，我现在使用 2x2 矩阵作为示例）

// matrix.h:
typedef struct Matrix2x2 {
    float elements[4];
} Matrix2x2;

然后它被导入到 Swift

public struct Matrix2x2 {
    public var elements: (Float, Float, Float, Float)
    public init()
    public init(elements: (Float, Float, Float, Float))
}

如上所述，Swift 保留了 C 内存布局，因此矩阵、其元素和第一个元素都具有相同的地址：

var mat = Matrix2x2(elements: (1, 2, 3, 4))
print(sizeofValue(mat)) // 16
withUnsafePointer(&mat) { print($0) }            // 0x00007fff5fbff808
withUnsafePointer(&mat.elements) { print($0) }   // 0x00007fff5fbff808
withUnsafePointer(&mat.elements.0) { print($0) } // 0x00007fff5fbff808

但是，元组是不可下标的，如果元组成员具有不同的类型，这是有意义的。关于 swift-evolution 邮件列表还有另一个讨论

将“统一元组”视为允许下标的集合。不幸的是，这还没有实施。

有一些方法可以通过索引访问元组成员，例如使用Mirror() or withUnsafe(Mutable)Pointer()。

这是Swift 3 (Xcode 8)的一个可能的解决方案，它似乎运行良好并且只涉及很少的开销。“技巧”是定义返回指向元素存储的指针的 C 函数：

// matrix.h:

// Constant pointer to the matrix elements:
__attribute__((swift_name("Matrix2x2.pointerToElements(self:)")))
static inline const float * _Nonnull matrix2x2PointerToElements(const Matrix2x2 * _Nonnull mat)
{
    return mat->elements;
}

// Mutable pointer to the matrix elements:
__attribute__((swift_name("Matrix2x2.pointerToMutableElements(self:)")))
static inline float * _Nonnull pointerToMutableElements(Matrix2x2 * _Nonnull mat)
{
    return mat->elements;
}

我们需要两个变体来使正确的值语义起作用（下标 setter 需要一个变量，下标 getter 与常量或变量一起使用）。“swift_name”属性使编译器将这些函数作为Matrix2x2类型的成员函数导入，比较

现在我们可以在 Swift 中定义下标方法：

extension Matrix2x2 {
    public subscript(idx: Int) -> Float {
        get {
            precondition(idx >= 0 && idx < 4)
            return pointerToElements()[idx]
        }
        set(newValue) {
            precondition(idx >= 0 && idx < 4)
            pointerToMutableElements()[idx] = newValue
        }
    }
}

一切都按预期工作：

// A constant matrix:
let mat = Matrix2x2(elements: (1, 2, 3, 4))
print(mat[0], mat[1], mat[2], mat[3]) // 1.0 2.0 3.0 4.0

// A variable copy:
var mat2 = mat
mat2[0] = 30.0
print(mat2) // Matrix2x2(elements: (30.0, 2.0, 3.0, 4.0))

当然你也可以定义类似矩阵的下标方法

public subscript(row: Int, col: Int) -> Float

以类似的方式。

于 2016-07-11T18:42:40.960 回答
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正如上面的答案所暗示的，您可以使用withUnsafeMutableBytes()和assumingMemoryBound(to:)的组合将 C 数组视为调用范围内的 swift 数组。

withUnsafeMutableBytes(of: &mymatrix.elements) { rawPtr in
        let floatPtr = rawPtr.baseAddress!.assumingMemoryBound(to: Float.self)
        // Use the floats (with no bounds checking)
        // ...
        for i in 0..<10 {
            floatPtr[i] = 42.0
        }
    }
于 2019-09-02T15:20:07.920 回答