Swift是否保证类和结构中字段的存储顺序？

Question

在C语言中，在结构中定义字段的顺序是在内存中实例化它们的顺序。考虑到内存对齐，以下结构在内存中的大小将为8个字节，如图所示，但是如果将字段反转，则只有6个字节，因为不需要任何对齐填充。

struct s {
    int32_t a;
    /* 2 bytes of padding to align a 64 bit integer */
    int64_t b;
}

这种顺序保证存在于C结构，C ++类（和结构）和Objective-C类中。

Swift类和结构中的字段是否同样保证了存储顺序？或者（鉴于该语言不支持与列出的其他指针相同的指针），编译器是否在编译时为您最佳地重新安排了指针？

Answer 1

是的，结构元素在内存中的顺序就是它们声明的顺序。详细信息可以在“
类型布局”
（已html" target="_blank">添加重点）中找到。但是请注意使用“当前”，因此在以后的Swift版本中可能会发生变化：

脆弱的结构和元组布局

结构和元组 当前 共享相同的布局算法，在编译器实现中称为“通用”布局算法。算法如下：

• 以0的大小和1的对齐方式开始。
• 以元组的元素顺序或结构的 var声明顺序 遍历字段。对于每个字段：
  • 通过四舍五入到字段的对齐方式来更新大小，即将其增大到大于或等于大小的最小值，并且可以被字段的对齐方式整除。
  • 将字段的偏移量分配给size的当前值。
  • 通过添加字段的大小来更新大小。
  • 将对齐方式更新为最大对齐方式和字段的对齐方式。
• 最终大小和对齐方式是聚合的大小和对齐方式。该类型的跨度是将最终大小四舍五入以对齐。
  
  

填充/对齐方式与C不同：

请注意，这与C或LLVM的常规布局规则不同，因为大小和跨度是不同的。C布局要求将嵌入式结构的大小填充为其对齐方式，并且在那里不进行任何布局，而Swift布局允许外部结构在内部结构的尾部填充中布局字段，并允许对齐。

仅当从C 导入 结构时，才能保证它具有相同的内存布局。Apple的Joe Groff在[swift-
users]上写道：将
C语义映射到Swift

如果您依赖于特定的布局，则应该在C中定义该结构并将其导入到Swift中。

而后来在讨论：

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

例：

struct A {
    var a: UInt8 = 0
    var b: UInt32 = 0
    var c: UInt8 = 0
}

struct B {
    var sa: A
    var d: UInt8 = 0
}

// Swift 2:
print(sizeof(A), strideof(A)) // 9, 12
print(sizeof(B), strideof(B)) // 10, 12

// Swift 3:
print(MemoryLayout<A>.size, MemoryLayout<A>.stride) // 9, 12
print(MemoryLayout<B>.size, MemoryLayout<B>.stride) // 10, 12

这var d: UInt8是在的尾部填充中布置的var sa: A。如果您在C中定义相同的结构

struct  CA {
    uint8_t a;
    uint32_t b;
    uint8_t c;
};

struct CB {
    struct CA ca;
    uint8_t d;
};

然后将其导入到Swift

// Swift 2:
print(sizeof(CA), strideof(CA)) // 9, 12
print(sizeof(CB), strideof(CB)) // 13, 16

// Swift 3:
print(MemoryLayout<CA>.size, MemoryLayout<CA>.stride) // 12, 12
print(MemoryLayout<CB>.size, MemoryLayout<CB>.stride) // 16, 16

因为uint8_t d是在尾巴填充后布局的struct CA sa。

从Swift 3开始，对于 从C导入 的结构，两者size和都stride返回相同的值（ 包括 结构填充） ，
即sizeof返回与C中相同的值。

这是一个简单的函数，有助于演示以上内容（Swift 3）：

func showMemory<T>(_ ptr: UnsafePointer<T>) {
    let data = Data(bytes: UnsafeRawPointer(ptr), count: MemoryLayout<T>.size)
    print(data as NSData)
}

Swift中定义的结构：

var a = A(a: 0xaa, b: 0xbbbbbbbb, c: 0xcc)
showMemory(&a)    // <aa000000 bbbbbbbb cc>

var b = B(sa: a, d: 0xdd)
showMemory(&b)    // <aa000000 bbbbbbbb ccdd>

从C导入的结构：

var ca = CA(a: 0xaa, b: 0xbbbbbbbb, c: 0xcc)
showMemory(&ca)   // <aa000000 bbbbbbbb cc000000>

var cb = CB(ca: ca, d: 0xdd)
showMemory(&cb)   // <aa000000 bbbbbbbb cc000000 dd000000>