往返于数据的Swift数字类型

Question

使用Swift 3Data而不是[UInt8]，我试图找出最有效/惯用的编码/解码方式，将各种数字类型（UInt8，Double，Float，Int64等）转换为Data对象。

有这个答案使用[UINT8] ，但它似乎是使用各种指针的API，我不能对数据找到。

我基本上想要一些类似于以下内容的自定义扩展：

let input = 42.13 // implicit Double
let bytes = input.data
let roundtrip = bytes.to(Double) // --> 42.13

我仔细阅读了许多文档，真正使我难以理解的部分是如何从任何基本结构（所有数字都是）中获得某种指针（OpaquePointer或BufferPointer或UnsafePointer？）。在C语言中，我只需在它前面拍一个＆符，然后就可以了。

Answer 1

注意： 该代码现已针对 Swift 5 （Xcode 10.2）更新。（可以在编辑历史记录中找到Swift 3和Swift4.2版本。）现在，可能还可以正确处理未对齐的数据。

如何Data从价值中创造

从Swift 4.2开始，可以使用

let value = 42.13
let data = withUnsafeBytes(of: value) { Data($0) }

print(data as NSData) // <713d0ad7 a3104540>

说明：

• withUnsafeBytes(of: value) 使用覆盖该值原始字节的缓冲区指针来调用闭包。
• 原始缓冲区指针是字节序列，因此Data($0)可以用来创建数据。

如何从中检索值 Data

从Swift
5开始，withUnsafeBytes(_:)of会Data使用UnsafeMutableRawBufferPointer对字节的“未类型化”
来调用闭包。该load(fromByteOffset:as:)方法从内存中读取值：

let data = Data([0x71, 0x3d, 0x0a, 0xd7, 0xa3, 0x10, 0x45, 0x40])
let value = data.withUnsafeBytes {
    $0.load(as: Double.self)
}
print(value) // 42.13

这种方法有一个问题：它要求内存针对该类型进行属性 对齐 （此处：对齐8字节地址）。但这不能保证，例如，如果数据是作为另一个Data值的切片获得的。

因此， 将 字节 复制 到以下值更安全：

let data = Data([0x71, 0x3d, 0x0a, 0xd7, 0xa3, 0x10, 0x45, 0x40])
var value = 0.0
let bytesCopied = withUnsafeMutableBytes(of: &value, { data.copyBytes(to: $0)} )
assert(bytesCopied == MemoryLayout.size(ofValue: value))
print(value) // 42.13

说明：

• withUnsafeMutableBytes(of:_:) 使用一个覆盖值原始字节的可变缓冲区指针来调用闭包。
• 所述copyBytes(to:)的方法DataProtocol（到Data符合）复制从数据到该缓冲器中的字节。

返回值copyBytes()是复制的字节数。它等于目标缓冲区的大小，如果数据不包含足够的字节，则等于或小于目标缓冲区的大小。

通用解决方案＃1

上面的转换现在可以很容易地实现为以下方法的通用方法struct Data：

extension Data {

    init<T>(from value: T) {
        self = Swift.withUnsafeBytes(of: value) { Data($0) }
    }

    func to<T>(type: T.Type) -> T? where T: ExpressibleByIntegerLiteral {
        var value: T = 0
        guard count >= MemoryLayout.size(ofValue: value) else { return nil }
        _ = Swift.withUnsafeMutableBytes(of: &value, { copyBytes(to: $0)} )
        return value
    }
}

在此T: ExpressibleByIntegerLiteral添加了约束，以便我们可以轻松地将值初始化为“零”
–这并不是真正的限制，因为无论如何该方法都可以与“特制”（整数和浮点）类型一起使用，请参见下文。

例：

let value = 42.13 // implicit Double
let data = Data(from: value)
print(data as NSData) // <713d0ad7 a3104540>

if let roundtrip = data.to(type: Double.self) {
    print(roundtrip) // 42.13
} else {
    print("not enough data")
}

同样，您可以在 数组 之间Data来回转换：

extension Data {

    init<T>(fromArray values: [T]) {
        self = values.withUnsafeBytes { Data($0) }
    }

    func toArray<T>(type: T.Type) -> [T] where T: ExpressibleByIntegerLiteral {
        var array = Array<T>(repeating: 0, count: self.count/MemoryLayout<T>.stride)
        _ = array.withUnsafeMutableBytes { copyBytes(to: $0) }
        return array
    }
}

例：

let value: [Int16] = [1, Int16.max, Int16.min]
let data = Data(fromArray: value)
print(data as NSData) // <0100ff7f 0080>

let roundtrip = data.toArray(type: Int16.self)
print(roundtrip) // [1, 32767, -32768]

通用解决方案2

上面的方法有一个缺点：它实际上仅适用于“平凡”类型，例如整数和浮点类型。“复杂”类型喜欢Array
和String具有指向基础存储的（隐藏）指针，并且不能仅通过复制结构本身来传递。它也不适用于引用类型，引用类型只是指向实际对象存储的指针。

所以解决这个问题，一个可以

• 定义一个协议，该协议定义了Data往返转换的方法：

  protocol DataConvertible {
  init?(data: Data)
  var data: Data { get }
  

  }

• 在协议扩展中将转换实现为默认方法：

  extension DataConvertible where Self: ExpressibleByIntegerLiteral{
  
  init?(data: Data) {
      var value: Self = 0
      guard data.count == MemoryLayout.size(ofValue: value) else { return nil }
      _ = withUnsafeMutableBytes(of: &value, { data.copyBytes(to: $0)} )
      self = value
  }
  
  var data: Data {
      return withUnsafeBytes(of: self) { Data($0) }
  }
  

  }

我在这里选择了一个 失败的 初始化程序，该初始化程序检查提供的字节数是否与类型的大小匹配。

• 最后声明对所有可以安全转换的类型的一致性Data：

  extension Int : DataConvertible { }
  

  extension Float : DataConvertible { }
  extension Double : DataConvertible { }
  // add more types here …

这使转换更加优雅：

let value = 42.13
let data = value.data
print(data as NSData) // <713d0ad7 a3104540>

if let roundtrip = Double(data: data) {
    print(roundtrip) // 42.13
}

第二种方法的优点是您不会无意间进行不安全的转换。缺点是您必须明确列出所有“安全”类型。

您还可以为需要非平凡转换的其他类型实现协议，例如：

extension String: DataConvertible {
    init?(data: Data) {
        self.init(data: data, encoding: .utf8)
    }
    var data: Data {
        // Note: a conversion to UTF-8 cannot fail.
        return Data(self.utf8)
    }
}

或以自己的类型实现转换方法以执行所需的任何操作，以便对值进行序列化和反序列化。

字节顺序

在上述方法中，没有字节顺序转换，数据始终以主机字节顺序进行。对于平台无关的表示形式（例如“大端”或“网络”字节顺序），请使用相应的整数属性。初始化程序。例如：

let value = 1000
let data = value.bigEndian.data
print(data as NSData) // <00000000 000003e8>

if let roundtrip = Int(data: data) {
    print(Int(bigEndian: roundtrip)) // 1000
}

当然，这种转换通常也可以用通用转换方法来完成。