Swift struct (值类型) 与 class (引用类型) 区别及三种传参机制深刻关系和使用

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在 Swift 中，struct（值类型）和 class（引用类型）的区别，不仅仅在于对象复制时候表现出来的差异，也不仅仅是构造器和继承的异同，本质上却是数据抽象层级的高低。
如果不能把值传参、地址传参和引用传参与类对象联系起来，也无法理解不同传参下对象的使用和 struct、class 的应用场景。

因为 struct 和 class 表现出来的是语法层面的差异，而项目使用中体现的是语义层级的差异。比如，Objective-C 里面的 NSString，它是引用类型，但是我们却在使用它的值语义。

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NSMutableString *oldname = @"hello".mutableCopy;
NSMutableString *newname = oldname;
newname = @"word".mutableCopy;
NSLog(@"\n oldName:%@ \n newName:%@", oldname, newname);
 
> oldName:hello 
> newName:word

我们使用了引用类型的 NSMutableString，但是 newname 并没有引用复制 oldname，仅仅是指针地址复制了 oldname。这样导致了 newname 并不是 oldname 的别名 (alias)。
如果 newname 是 oldname 的别名，那么对 newname 的所有 all 操作，都会同步到 oldname。
这里，newname 如果改变了对象数据是可以同步到 oldname，但是却不能改变 oldname 变量的值（oldname 的存储值，即 “hello” 的指针地址）。
所以，这里的 NSMutableString 虽然是引用类型，却具有值语义。

因为编程语言概念上的模糊，下面首先介绍 struct 和值类型的关系。
然后重点说明值类型和引用类型的区别，这是重点，直接解释了 struct 和 class 的根本区别。
最后加一点小彩蛋，介绍 Swift 里面 struct 特性。

0X00 struct 是什么？好像在哪里见过！struct 和值类型是什么关系？

好久好久之前，是没有 class 什么事的。那时候 C 语言活跃于各种应用场景，在上层抽象了汇编的实现，C 语言可以用于嵌入式、服务器、驱动等。为什么没有 class 什么事情？class 是类，是 OOP（面向对象编程 / 对象导向编程）的专属。而 C 语言是过程式语言，没有对象概念，也就没有 class 什么事情。
那时候，都用结构体，也就是 struct。如下：

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// C语言版本
// 人员结构体，具有姓名和年龄
struct Person {
    char *name;
    int age;
};

那时候，这些数据都叫做值类型，而 struct 就是值类型的。值类型是变量直接包含值统称，其他的还有基础数据类型，如 Int，long，char，bool，以及自定义 struct（如上面的 Person）。
后面大家就知道了，出现了 C++/Java/C# 等 OOP 语言，class 开始活跃于千万家。更甚之，在某些语言上，值类型已经被淡化了。

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// Objective-C版本 .h
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic,copy) NSString *name;
@property(nonatomic,assign) NSInteger age;
@end

以上为 OC 的版本，我们会这么描述它：我们创建了一个 Person 类。他具有名称属性和年龄属性。
而且，我们也确定，如果我们新建一个 Person 对象，如 Person *p = Person.new;，那么这个对象一定存放在堆内存。那我们为什么不能把对象创建在栈内存呢？
我们可以知道，上面 OC 创建的是 Class，对象存在于堆中。那我们可不可以把对象放在栈上？至少在 Objective-C 开发过程中，肯定不会想到这个，因为 struct / 结构体 / 值类型被淡化了。（Java 也是一样，号称纯 OOP 语言）
其实我们可以创建栈上的数据的，如局部变量中的 Int、long 等，都是在栈上的。说一个少见的，CGRect、CGSize 也是在栈上的。源码实现如下：

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/* Points. */
struct
CGPoint {
    CGFloat x;
    CGFloat y;
};
typedef struct CG_BOXABLE CGPoint CGPoint;

/* Sizes. */

struct CGSize {
    CGFloat width;
    CGFloat height;
};
typedef struct CG_BOXABLE CGSize CGSize;

/* Rectangles. */

struct CGRect {
    CGPoint origin;
    CGSize size;
};
typedef struct CG_BOXABLE CGRect CGRect;

其实 OC 中使用的 CGRect 等，也就是 struct 值类型数据。只是我们很少顾及值类型，虽然一直用，但是感知不到他们的存在。
直到有一天，Swift 也成了苹果开发的官方语言，引入了 struct，一大堆开发人员开始迷惑，发生了什么事？我该怎么办？

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// Swift struct版本
struct Person {
	var name: String
	var age: UInt8
}

// Swift class版本
class Person {
	var name: String
	var age: UInt8
}

同样的 Person，一个是 struct，一个是 class。一个复制的时候是全部数据复制，一个复制的时候是指针复制。一个有可能存放在栈上，一个只能存放在堆上。
放心了很多，原来 struct 和 Int、BOOL 等是一样的。他们本身不可以改变，只能被复制。struct 拥有和 Int 一样的外观。
等等，Swift 的 struct 可以引入方法，可以实现构造器，甚至可以通过 mutating 来改变自己。俨然已经上升可以和 class 平起平坐了（其实没有高低之分）。这怎么和 Int 又不太一样了？struct 到底是啥？

其实 struct 一直都没有消失。它一直在我们周边。仅仅是因为我们在个别面向对象语言的冲击下，淡化了值类型。
而现在，在 Swift 中，我们必须捡起来，因为值类型在 Swift 中不可或缺了。甚至 Swift 里面的 Int,String 等，都是通过 struct 直接实现的。

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/// A signed integer value type.
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/// On 32-bit platforms, `Int` is the same size as `Int32`, and
/// on 64-bit platforms, `Int` is the same size as `Int64`.
public struct Int : FixedWidthInteger, SignedInteger {

    /// A type that represents an integer literal.
    public typealias IntegerLiteralType = Int
	...
	...
}

相比之下，C++ 一直存在值类型，而且 C++ 里面的自定义的 struct 还可以继承和多态，完全面向对象化了。

0X01 值类型和引用类型的内存差异

值类型和引用类型，从语法上还是毕竟容易理解的。如果牵涉到语义，就比较复杂，因为上面说到的，引用类型就牵涉到了值语义。
我们先从语法上来理解值类型和引用类型的内存差异。

引用类型内存图

首先，class 是引用类型，一定是存放在堆内存上的。如下：

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// Swift class版本
class Person {
    var name: String?
    var age: UInt8?
}

var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person
someOne.name = "Robot"
 
> person.name:Robot
> someOne.name:Robot

那么我们定义一个 Person 对象时候的内存分布如下图：

person 这个引用变量，我们使用的时候，可能存储在栈中的（也可能在堆中，但不是重点）。但是其指向的对象，却一定是在堆中的。

这里我们有两个名词认知不要弄混了，一个是 person 变量，一个是 person 对象。变量只是符号，编译的时候存储于符号表中的一个标记，对象才是我们使用的数据实体，变量用于找到对象。someOne 也是同理。下文中的变量和对象都是同理，后面不再做强调。

上面操作完成后，person 和 someOne 的 name 都变成 Robot 了，这是合情合理的，我们都司空见惯了，不做多描述。

值类型内存图

下面看看值类型，

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// Swift struct版本
struct Person {
    var name: String
    var age: UInt8
}

var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person
someOne.name = "Robot"

> person.name:Hello
> someOne.name:Robot

内存分布如下图：

我们可以发现，值类型相比引用类型，person 和 someOne 这两个值变量，指向特征不那么明显了，更多的是复制。我们的 someOne 并没有指向 person，而是把 person 的数据完全复制了一份成为自己的。
更重要的，person 和 someOne 存储的，不再是对象的指针，而是真真实实的数据了。其实对象依旧还是对象，变量依旧是变量，如上面说的那样。但是，值变量，直接包含数据 (值类型的定义) 了，不再通过指针指向数据了。
当然，我们从图上看到的，值对象是在栈里面。当然值对象也会在堆里面，场景不一样，存储位置也会不一样。但是和引用对象不同的一点，值对象是可以存储在栈里面的。

我们经常使用的 Int 等，其实很多时候都是存储在栈里面的。上面 Person 引用类，其实也有 age 属性，这个 age 属性就是值对象存储在堆上，因为 person 对象是在堆上的。后面说到 struct 和 class 联动内嵌的时候，会详细说明

值类型和引用类型内存比较

显而易见，内存方式的不同，带来的优缺点也是迥异的。
最直接的，栈肯定是比堆快的。下面我们默认值对象存储在栈中，引用对象存储在堆中进行分析。
一来，值类型通过值变量直接定位数据，而引用类型需要通过引用变量的指针间接获取，在寻址方面就会出现时间劣势。
再者，栈通过 CPU 提供的指令寄存器操作数据，而堆通过操作系统支持。堆空间由程序员自行控制，包括垃圾回收等，CPU 不会干预过多。
其次，我们在栈上分配内存，是直接分配。而对于引用类型，只在栈上分配变量地址，对象需要另外分配堆内存空间。（可能会出现这种情况，需要 100 个对象，栈类型会在栈内存中直接分配完毕，而引用类型会在栈上一次性分配 100 个变量内存，然后在堆中需要进行 100 次对象内存分配。）
而且，由于堆内存是空间不连续性的（操作系统分配堆内存池供开发使用，如果一个对象销毁了，就会产生内存碎片），不连续堆空间会违背局部性原理，会增加高速缓存错失的几率（命中不了）。堆空间的高速缓存指的是二级缓存，而栈是依据 “LIFO” 的存储机制，不会出现内存碎片，天然增加了一级缓存的命中率。
特别，各种语言都会着重优化值类型，以达到更快的速度。毕竟栈处理速度的快慢，直接影响到程序的快慢。因为我们的代码运行根本依靠函数，而函数就是在栈中执行，如 main 函数和自定义函数。所以才会加入寄存器这样的快速单元，而堆里的数据，是可以通过异步来完成存储的。
因为值对象也是会存储在堆中，所以我们可以这样说：值类型有可能利用栈的优势，进一步提高程序的性能。

内存比较上，相比来说，值类型完胜引用类型。
引用类型相应的优点，
一来，发生在拷贝的过程中。值类型拷贝是完全拷贝，所有数据都会拷贝一遍，而引用类型，拷贝的仅仅是指针，从而提交效率。
二来，栈内存空间有有限的，相比堆内存空间，简直太小来，如著名的网站 “Stack Overflow” 的名字一样，动不动就会栈溢出。而堆内存，就是普通点的服务器，4G 容量不是问题的，高级点的服务器都是几十几百 G 容量。
我们可以看出，栈和堆相比，强于速度，弱于空间。虽然速度完胜，但除了空间，还有其他方面，引用类型却又是完胜值类型的。从 Java，Objective-C 这些语言上不难看出，引用类型的确是完胜值类型的。下面我们一点点来分析他们之间的不同和场景应用。

0X02 值类型和引用类型的相等性差异

值类型相等性比较

我们回顾一些最基础的值类型 Int 的相等性比较。

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var num1 = 100
var num2 = 100
assert(num1 == num2)
var num3 = 200
assert(num1 != num3)

上面代码编译运行，断言是可以通过的。值类型的比较，特别简单，就是比较数据是否一样。
因为值类型，不管存储在哪里，不变的一点是，值变量直接包含值对象。我们自定义一个值类型来看一下：

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// Swift struct版本
struct Person: Equatable {
    var name: String
    var age: UInt8
}

var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person
someOne.name = "Hello"
// someOne.name = "Robot"
 
assert(person == someOne)
// assert(person != someOne)

它们的内存图如下：

当两个值对象的 name 都是 Hello 的时候，两个值对象是相等的。如果 someOne 的 name 变成 Robot，两个值对象就是不想等的。（如果我们把注释的代码打开，相应注释位置上一行代码删除，会发现两个断言都是可以通过的。）
值类型的相等性比较真的非常简单，就是匹配字节码是否一致。只要值对象的所有字节码是一致的，那两个值对象就是相等的。字节码从哪里来？Hello 和 Robot，计算机不认识的，他们都会变成对应的码值然后转化成二进制存储内存中。所以值类型相等性判断就是查看二进制是否一样。

引用类型相等性比较

因为引用变量存储的是引用对象的内存地址。同样一个对象，可能有两个引用变量存储着其地址。
所以引用类型的比较，有两个方面，一个是比较存储的内存地址是否一致，另一个是比较内存地址对应的数据是否一致。
因为字符串在 Swift 里面是值类型的，我们用 Objective-C 里面的 NSString 来分析。

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NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"%@", @"Hello"];
NSString *str2 = @"Hello";

assert(str1 == str2);   // ERROR
assert([str1 isEqualToString:str2]); // OK

相应的内存图如下：

因为 Objective-C 对于字符串的生成比较考究（Objective-C 里面，字符串根据创建的形式不同和存储中英文的不同，有常量区、栈区、堆区不同表现形式），我们用上面方式建立两个不同地址的 Hello 字符串。其中比较相等性，一个是通过 **==，一个是通过 equal**。
引用类型的相等性比较，直接通过值类型的 == 比较的化，比较的是内存地址，显然 str1 和 str2，他们的内存地址不可能一样，所以他们并不相等。
而通过 equal 来比较，就变成了上面的值类型的字节码比较，Hello 的二进制存储都是一样的，他们就相等了。

0X03 值类型和引用类型在花式传参过程中的异同

如果不能把值传参、地址传参和引用传参与类对象联系起来，也无法理解不同传参下对象的使用和 struct、class 的应用场景。

为什么三种传参方式对 struct 和 class 的理解如此重要？其实他们本不重要，只是附带品。但是因为很多很多人对他们认知是错误的，所以才变得重要起来。
毕竟，错误的理论，总不能推导出来正确的知识。
首先，我们需要确定一个知识点，值传参、引用传参、地址传参和值类型、引用类型相比，虽然也有值和引用的区分，但他们不一一对应的关系，即不是值类型对应值传参。
值类型和引用类型是数据存在的方式，三种传参方式，是数据传递的方式。他们是对数据两个层面的操作控制。
所以，我们总共有 6 种情况需要分析：值类型下的值传参、引用传参、地址传参，引用类型下的值传参、引用传参、地址传参。
说明：因为引用传参很多语言默认都没有实现，如 Java、Objective-C、Swift 等等，所以需要通过 C++ 模拟。

值类型下的值传参、引用传参、地址传参

示例代码如下：

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// 值类型的值传参
// Swift struct版本
struct Person: Equatable {
    var name: String
    var age: UInt8
} 
 
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person
someOne.name = "Robot"
someOne = Person(name: "SomeOne", age: 18)
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// 值类型的地址传参
// Swift struct版本
struct Person {
    var name: String
    var age: UInt8
}
 
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
func change(someOne: inout Person) {
    someOne.name = "Robot"
    someOne = Person(name: "SomeOne", age: 18)
}
 
change(someOne: &person)
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// 值类型的引用传参
// C++ 版本
void change(int & param2){
    param2++;
    param2 = 100;
}
 
int param1 = 20;
change(param1);

上面的内存分布如图：

我们分析一下值类型下的三种传参，

  1. 值传参，就是行参对象原封不动的获取了实参对象的数据拷贝。两个对象之间不再有任何关联，对行参对象的内部修改 (someOne.name = “Robot”) 和自身修改 (someOne = Person (name: “SomeOne”, age: 18))，都不会更改另一个对象的任何数据。如上图所示，person 对象没有任何修改。
  2. 地址传参，就是行参对象原封不动的获取了实参对象的地址拷贝。所以行参实际存储的是实参的内存地址拷贝。那么通过内存地址对数据的内部修改 (someOne.name = “Robot”) 都会影响到原对象，毕竟对象只有一个。但是行参自身修改 (someOne = Person (name: “SomeOne”, age: 18))，却不会影响到原对象，因为行参是实参的地址拷贝，自身数据的改变就是改变了拷贝的那份内存地址，不会影响到实参。所以地址传参，本质还是值传参，因为拷贝了实参的内存地址（而非整个对象数据）。而通过内存地址修改原数据，这是一种途径，和传参无关，因为内存地址本身就是用来获取和修改数据的。
  3. 引用传参，分析起来其实最简单的。那就是，行参仅仅是实参的一个别名 (alias)。行参存储的依旧是实参的内存地址拷贝，但是对行参所有的操作，都会通过间接寻址的方式直接操作实参。注意，是所有操作，因为行参仅仅是实参的别名。所以我们看到，引用传参里面，行参不仅可以修改原对象数据，还可以更换原对象。(这个更换原对象，有两种方式，上图中是其中一种，即在原对象内部修改数据，没有创建新对象。还有一种方式是创建一个全新的对象，然后实参指向新对象，是以新换旧的思想。但是原理都不变，都是行参操作实参直接改变数据。)

通过上面值类型的三种传参，大家可能已经发现，在 Objective-C、Java、Swift 里面进行值类型的实参行参赋值的时候，其实都只是值传参和地址传参，并没有引用传参。只有个别语言如 C++ 里面才支持引用传参。
上面说明的是值类型，那么引用类型的三种传参是否会有一些不同呢？

引用类型下的值传参、引用传参、地址传参

示例代码如下：

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// 引用类型的值传参
// Swift class版本
class Person {
    var name: String
    var age: UInt8
    init(name: String, age: UInt8) {
        self.name = name
        self.age = age
    }
    
    func copy() -> Person {
        return Person(name: name, age: age)
    }
}
 
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person.copy();
person.name = "Robot"
someOne.name = "SomeOne"
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// 引用类型下的地址传参
// Swift class版本
class Person {
    var name: String
    var age: UInt8
    init(name: String, age: UInt8) {
        self.name = name
        self.age = age
    }
}
 
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"
 
var someOne = person;
person.name = "Robot"
 
someOne = Person(name: "SomeOne", age: 18)
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// 引用类型下的引用传参
// C++ 版本
class Person {
public:
    char *name;
    int age;
    Person(char *temp, int flag);
};
 
Person::Person(char *temp, int flag) {
    name = new char[strlen(temp) + 1];
    strcpy(name, temp);
    age = flag;
}
 
void change(Person &someOne) {
    someOne.name = "Robot";
    someOne = Person("SomeOne", 18);
}
 
int main(int argc, const char * argv[]) {
 
    Person person("Hello", 20);
    change(person);
 
    return 0;
}

上面的内存分布如图：

我们分析一下引用类型下的三种传参，

  1. 值传参，因为引用类型不支持值传参，所以我们使用 copy，模拟了值传参。这也是深拷贝的实现方式。我们通过自定义 copy 来实现引用类型的值传参。
  2. 地址传参，和值类型的地址传参没有区别。
  3. 引用传参，和值类型的引用传参没有区别。

我们发现，值类型的直接赋值，使用的是值传参。引用类型的直接赋值，使用的是地址传参。而在值类型下的三种传参分析中，我们分析到地址传参就是特殊的值传参。
所以我们可以得出结论，值类型和引用类型的直接赋值，都是值传参的形式。而引用传参，需要语言级别的实现，目前 C++ 有实现，Java、Objective-C、Swift 等语言中皆没有实现。

花式传参总结

值传参、地址传参、引用传参，是数据赋值过程中的不同表现形式。而地址传参，本质还是值传参。所以我们可以说只有两种传参方式，即值传参和引用传参。
而值传参和引用传参，和值类型与引用类型不是一一对应的关系，具体不同是下文说到的语义的不同，即：

  1. 根据我们使用的场景，我们可以通过将值传参和引用传参作用于值类型对象上。
  2. 根据我们使用的场景，我们也可以通过将值传参和引用传参作用于引用类型对象上。
  3. 如果我们需要改变实参，则我们需要引用传参。(很多语言不支持)
  4. 如果我们不需要改变实参，则我们需要值传参。如果想进一步改变原对象的部分值，则需要地址传参通过指针来实现。

0X04 值语义和引用语义的联动性

直观来说，值类型语法上是静态的，变量直接包含并操作数据。引用类型语法上是动态的，通过对象的引用操作数据。从值类型和引用类型的内存结构图可以分析出来。
所以，我们引申出值语义，即数据是静态的，也就是值传参的逻辑，是数据拷贝，是一份全新的数据。
我们也引申出引用语义，即数据是动态的，也就是引用传参的逻辑，数据可以通过别名操作，数据本身没有进行任何复制。
所以我们可以这样理解，值类型默认应该是值语义的，引用类型默认应该是引用语义的。
如下所示：

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// 值变量v1与v2互相独立
ValueType v1 = someValue;
ValueType v2 = v1;

// 引用变量r1与r2互相关联
ReferenceType r1 = someObject;
ReferenceType r2 = r1;

上面 v1 和 v2 都是值类型 ValueType 的对象，其中 v1 和 v2 没有任何关联，默认的值传参。
上面 r1 和 r2 都是引用类型 ReferenceType 的对象，其中 r2 是 r1 的别名，操作 r2 和操作 r1 完全一样。

但是事与愿违，至少引用类型的默认引用传参，就是很多语言所不支持的。我们的 Swift 就没有办法实现引用类型的引用传参。即上面的 r1 和 r2 如果在 Swift 中定义，那么 r2 不是 r1 的别名，仅仅是 r1 存储的 someObject 地址的一份拷贝。

所以，严格按照引申出来的值语义和引用语义的定义，那么很多语言都没有引用语义了。这显然是片面的，因为我们的地址传参，也可以通过指针操作数据来实现动态性。
所以严格的定义如下：
值语义的对象是独立的，
引用语义的对象却是允许共享的。
理解下来，就是：
值传参具有值语义，因为值传参后行参实参两个对象完全独立。
地址传参和引用传参，具有引用语义，因为行参可以通过指针或者别名（实质还是指针，间接寻址方式）来操作实参对象。

我们在 “花式传参” 中说到有 6 种传参方式，因为值类型对应三种传参，引用类型也对应三种传参。
所以我们可以发现：
值类型通过地址传参和引用传参，可以实现引用语义。
引用类型通过值传参，可以实现值语义。

代码示例如下：

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// 值类型的 ValueType具有引用语义(C++)
ValueType v1 = someValue;
ValueType& v2 = v1;             // 方法1：通过引用让v2成为v1的别名
ValueType* v3 = &v1;            // 方法2：通过指针让v3指向v1
 
// 引用类型的ReferenceType具有值语义
ReferenceType r1 = someObject;
ReferenceType r2 = r1.copy();    // r1与r2是两个完全独立的对象

而相应的语言如 Objective-C 就有很多语义层级的类型处理，将值类型处理成引用语义，将引用类型处理成值语义。如下：

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// int值类型具有引用语义
int i1 = 8;
int *i2 = &i1;
(*i2)++;
NSLog(@"i:%d,ii:%d", i1, *i2);// i1:9,i2:9
 
// NSString引用类型具有值语义
NSString *s1 = @"s1 value";
NSString *s2 = s1;
s2 = @"s2 value";
NSLog(@"s1:%@,s2:%@", s1, s2);// s1:s1 value,s2:s2 value

所以，
语法上的值类型可能是语义上的引用类型，
语法上的引用类型可能是语义上的值类型。

0X05 值类型和引用类型的抽象层级差异

在文章开头提到的值类型和引用类型的内存模型中，已经明确值类型是直接包含数据，而引用类型是通过内存地址间接操作数据。
从内存分布上，我们可以模糊的发现：

  1. 值类型，重在数据，是静态的。如果一个数据是通过值类型来展示，那么这个数据重在数据的价值。这个数据一定非常重要，而我们可以通过值变量直接获取。
  2. 引用类型，重在如何使用，是动态的。如果一个数据是通过引用类型来展示，那么这个数据重在如何被使用。这个数据当然也重要，但是我们可以通过指针和引用 (别名 / 间接寻址) 变相获取，而指针可以赋值给其他变量，最后可以通过各个变量来获取。

我们可以创建各种面向对象的引用类型 (class)，然后实现继承和多态，这是引用类型带来的益处。因为我们可以通过指针和引用轻松的实现多态特征。
而对于值类型 (struct)，Swift 文档里直接说明，struct 不允许继承和重载。值类型在编译期间具体类型就已经确定，多态绑定也是不可能，因为其空间大小已经确定，没有空余空间容纳子类型。
所以从抽象层级上来观看，引用类型相比值类型，抽象层级更高。

因为值类型在编译期间空间大小和具体类型已经确定，所以值类型完全就是不依赖内存地址的，这也是为什么值变量直接包含值对象的原因，所以值类型是具有空间无关性的。而引用类型存储于堆中，必须通过指针进行访问，显然引用类型和空间是强关联的。
而且，值类型的数据在值对象生命周期内是固定的，体现了不可变性，具有时间无关性。即使通过地址传参和引用传参，我们可以改变值对象的数据，那也是在原来的存储空间中，用新数据覆盖旧数据，使用了旧数据的存储空间而已。引用类型的改变是一种自我更新，对象上发生状态迁移和属性改变。
因为值类型的时间无关性和空间无关性，所以值类型天然具有重数据，对象意识淡薄，更多的体现在属性而非实体。比如我们描述一个 Person 的 struct，更多的体现在用 age，sex 等抽象属性来描述 “20”“男” 这样的具体数据（“20”、“男” 本身是具体的，age、sex 属性则是面向对象层级的抽象描述）。
而引用类型与值类型相比是对立面的抽象表达，更多的体现一个实体对象。比如我们描述一个 Person 的 class，更多的体现在男人、女人、好人、坏人这样的实体对象。

总结来看，值类型是引用类型的基础，值类型在内存和速度的使用上，拥有更快的速度。引用类型在值类型之上进行了更多的抽象。
引用类型依靠间接性和抽象性，相比值类型拥有来更大的灵活性，小方面来说在赋值上通过地址传参和引用传参节省了时间损耗，大方面来说通过间接性和抽象性，直接成为实现多态的必要条件。
这也从侧面反映了 class 可以继承和多态，看起来繁荣昌盛，而 struct 则显得不起眼，为居一隅却撑起来整个面向对象大厦。

0X06 struct 和 class 联动内嵌下的认知

单个分析值类型和引用类型还比较容易理解，如果值类型和引用类型相互嵌套，虽然并不是复杂的逻辑，但如果不画图理解一下，很容易脑回路阻塞。
下面通过示例代码和内存图清晰了解一下：

值类型嵌套值类型

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// Swift struct版本
struct Person {
    var name: String
    var age: UInt8
}
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20)
person.name = "Hello"

值类型嵌套引用类型

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// Swift class版本
class Dog {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

// Swift struct版本
struct Person {
    var name: String
    var age: UInt8
    var dog: Dog    // 引用类型
}
 
var dog = Dog(name: "Wa")
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20, dog: dog)
person.name = "Hello"

引用类型嵌套值类型

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// Swift class版本
class Dog {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}
var dog = Dog(name: "Wa")

引用类型嵌套引用类型

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// Swift class版本
class Dog {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
}

// Swift class版本
class Person {
    var name: String
    var age: UInt8
    var dog: Dog    // 引用类型
    init(name: String, age: UInt8, dog: Dog) {
        self.name = name
        self.age = age
        self.dog = dog
    }
}

var dog = Dog(name: "Wa")
var person = Person(name: "Gongjiang", age: 20, dog: dog)
person.name = "Hello"

0X07 Swift 中的 struct 为什么很特别？struct 能给我们带来哪些认知？

本身 struct 不是很特别，但是在目前很流行的语言（Objective-C、Java）均不支持自定义 struct 的前提下，Swift 开始支持了。而且 Swift 本身如 String、Int、Bool 等均为 struct。Swift 把已经被很多开发人员忽视的值类型提到了非常高的高度，这就非常值的重视了。

  1. 值对象本身是比引用对象安全的。通过指针可以直接操作数据，如果代码逻辑比较复杂，那么在一个不起眼的位置，很可能修改了一个共享的重要参数，非常有利于 bug 的滋生和增加 bug 排查复杂度。相比来说，值对象具有空间无关性，代码层面上可以有效的抵制指针带来的负面影响。所以值对象是更安全的。
  2. struct 没有引用计数，本身是自动线程安全的。
  3. 在上面值类型和引用类型的内存差异中，我们说到，值类型相比引用类型，有速度上的天然优势。
  4. struct 没有继承，相对来说更安全，而且 struct 可以实现协议，可以很好的实现面向协议编程。Swift 是一门多范式编程的语言，其中对于面向协议编程尤其重视。

OX08 Swift 下 String 的搅局误区

在讨论 Swift 的值类型中，多次提到 String 类型是值类型的。我相信很多朋友都疑惑，String 作为值类型是如何实现的。
毕竟，下面的代码中：

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var str = "Hello"

withUnsafePointer(to: &str) { (value) in
    print(value)    // 0x0000000100145060
}

str.append("Hello...Hello") // 有1000个Hello

withUnsafePointer(to: &str) { (value) in
    print(value)    // 0x0000000100145060
}

我们定义了一个可变变量 str 为值类型的字符串变量，按照内存图逻辑，在 str 拼接了 1000 个 Hello 后，再怎么说，str 的空间存储也不够了。
如果 str 的内存地址变化了，那么就说明 str 不是值类型了（上面我们说过值类型的内存变化）。
如果 str 的内存地址没有变，那 str 再怎么也存储不了无限多个字符啊！
我们拿 Int 来做对比：

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var i: Int8 = 10
i = 10000000    // Error

这里如果对 Int8 值类型的变量赋值过大，首先编译就过不了了，超过 Int8 的存储空间了嘛。
值类型的空间大小，在编译时就已经确定，这是毋庸置疑的。
那 String 是如何做到的呢？
打印一下上面代码中的 str 大小，看看到底是多大：

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var str = "Hello"

print(MemoryLayout.stride(ofValue: str))    // 16

str.append("Hello...Hello") // 有1000个Hello

print(MemoryLayout.stride(ofValue: str))    // 16

可以发现，str 的内存大小，没有变化过…
这也说明了，String 的确是值类型的，它真的可以存储非常非常多的字符。
我在查看了 “M 了个 J” 大神的博客后，依然无解，因为他把答案公布在了两小时的汇编视频中，而我没有去看。
这里把大神的博客放下，希望有心人能去窥探一下。
https://www.cnblogs.com/mjios/p/11799136.html

朋友对我说，抽象是一名程序员核心的能力。很多时候，我越发觉得这句话说的对！