Swift 与 C 语言混合编程

前言

• 作为一种可与 Objective-C 相互调用的语言，Swift 也具有一些与 C 语言的类型和特性，如果你的代码有需要，Swift 也提供了和常见的 C 代码结构混合编程的编程方式。

1、基本数据类型

• Swift 提供了一些和 C 语言的基本类型如 char，int，float，double 等价的 Swift 基本数据类型。然而，这些 Swift 的核心基本类型之间并不能隐式的相互转换，如 Int。因此，只有你的代码明确要求它们时再使用这些类型，而 Int 可以在任何你想使用它的时候使用。

  C 类型	Swift 类型
  bool	CBool
  char, signed char	CChar
  unsigned char	CUnsignedChar
  short	CShort
  unsigned short	CUnsignedShort
  int	CInt
  unsigned int	CUnsignedInt
  long	CLong
  unsigned long	CUnsignedLong
  long long	CLongLong
  unsigned long long	CUnsignedLongLong
  wchar_t	CWideChar
  char16_t	CChar16
  char32_t	CChar32
  float	CFloat
  double	CDouble

2、枚举

• Swift 引进了用宏 NS_ENUM 来标记的任何 C 风格的枚举类型。这意味着无论枚举值是在系统框架还是在自定义的代码中定义的，当他们导入到 Swift 时，他们的前缀名称将被截断。

• Swift 也引进了标有 NS_OPTIONS 宏选项。而选项的行为类似于引进的枚举，选项还可以支持一些位操作，如 &，| 和 ~。

• 在 Objective-C 中，你用一个空的选项设置标示恒为零 (0)。在 Swift 中，使用 nil 代表没有任何选项。

• 看这个 Objective-C 枚举

  // Objective-C
  
  typedef NS_ENUM(NSInteger, UITableViewCellStyle) {
              
      UITableViewCellStyleDefault,
      UITableViewCellStyleValue1,
      UITableViewCellStyleValue2,
      UITableViewCellStyleSubtitle
  };
  

• 在 Swift 中这样来实现

  // Swift 
  
  enum UITableViewCellStyle: Int {
          
      case Default
      case Value1
      case Value2
      case Subtitle
  }
  

• 当你需要指向一个枚举值时，使用以点 (.) 开头的枚举名称

  // Swift
  
  let cellStyle: UITableViewCellStyle = .Default
  

3、指针

• Swift 尽可能避免让你直接访问指针。然而，当你需要直接操作内存的时候，Swift 也为你提供了多种指针类型。下面的表使用 Type 作为占位符类型名称来表示语法的映射。

• 对于参数，使用以下映射：

  C 句法	Swift 句法
  const void *	CConstVoidPointer
  void *	CConstPointer<Type>
  const Type *	CUnsignedChar
  Type *	CMutablePointer<Type>

• 对于返回类型，变量和参数类型的多层次指针，使用以下映射：

  C 句法	Swift 句法
  void *	COpaquePointer
  Type *	UnsafePointer<Type>

• 对于类（class）类型，使用以下映射：

  C 句法	Swift 句法
  Type * const *	CConstPointer<Type>
  Type * __strong *	CMutablePointer<Type>
  Type **	AutoreleasingUnsafePointer<Type>

3.1 C 可变指针

• 当一个函数被声明为接受 CMutablePointer<Type> 参数时，这个函数可以接受下列任何一个类型作为参数。

  • nil，作为空指针传入

  • 一个 CMutablePointer<Type> 类型的值

  • 一个操作数是 Type 类型的左值的输入输出表达式，作为这个左值的内存地址传入

  • 一个输入输出 Type[] 值，作为一个数组的起始指针传入，并且它的生命周期将在这个调用期间被延长

  • 如果你像这样声明了一个函数

    // Swift
    
    func takesAMutablePointer(x: CMutablePointer<Float>) { /*...*/ }
    

  • 那么你可以使用以下任何一种方式来调用这个函数

    // Swift
            
    var x: Float = 0.0
    var p: CMutablePointer<Float> = nil
    var a: [Float] = [1.0, 2.0, 3.0]
            
    takesAMutablePointer(nil)
    takesAMutablePointer(p)
    takesAMutablePointer(&x)
    takesAMutablePointer(&a)
    

• 当函数被声明使用一个 CMutableVoidPointer 参数，那么这个函数接受任何和 CMutablePointer<Type> 相似类型的 Type 操作数。

  • 如果你这样定义了一个函数

    // Swift
    
    func takesAMutableVoidPointer(x: CMutableVoidPointer) { /*...*/ }
    

  • 那么你可以使用以下任何一种方式来调用这个函数

    // Swift
                    
    var x: Float = 0.0, y:Int = 0
    var p: CMutablePointer<Float> = nil, q: CMutablePointer<Int> = nil
    var a: [Float] = [1.0, 2.0, 3.0], b: Int = [1, 2, 3]
                    
    takesAMutableVoidPointer(nil)
    takesAMutableVoidPointer(p)
    takesAMutableVoidPointer(q)
    takesAMutableVoidPointer(&x)
    takesAMutableVoidPointer(&y)
    takesAMutableVoidPointer(&a)
    takesAMutableVoidPointer(&b)
    

3.2 C 常指针

• 当一个函数被声明为接受 CConstPointer<Type> 参数时，这个函数可以接受下列任何一个类型作为参数。

  • nil，作为空指针传入

  • 一个 CMutablePointer<Type>，CMutableVoidPointer，CConstPointer<Type>，CConstVoidPointer，或者在必要情况下转换成 CConstPointer<Type> 的 AutoreleasingUnsafePointer<Type> 值

  • 一个操作数是 Type 类型的左值的输入输出表达式，作为这个左值的内存地址传入

  • 一个 Type[] 数组值，作为一个数组的起始指针传入，并且它的生命周期将在这个调用期间被延长

  • 如果你这样定义了一个函数

    // Swift
    
    func takesAConstPointer(x: CConstPointer<Float>) { /*...*/ }
    

  • 那么你可以使用以下任何一种方式来调用这个函数

    // Swift
    
    var x: Float = 0.0
    var p: CConstPointer<Float> = nil
    
    takesAConstPointer(nil)
    takesAConstPointer(p)
    takesAConstPointer(&x)
    takesAConstPointer([1.0, 2.0, 3.0])
    

• 当函数被声明使用一个 CConstVoidPointer 参数，那么这个函数接受任何和 CConstPointer<Type> 相似类型的 Type 操作数。

  • 如果你这样定义了一个函数

    // Swift
    
    func takesAConstVoidPointer(x: CConstVoidPointer) { /*...*/ }
    

  • 那么你可以使用以下任何一种方式来调用这个函数

    // Swift
    var x: Float = 0.0, y: Int = 0
    var p: CConstPointer<Float> = nil, q: CConstPointer<Int> = nil
    
    takesAConstVoidPointer(nil)
    takesAConstVoidPointer(p)
    takesAConstVoidPointer(q)
    takesAConstVoidPointer(&x)
    takesAConstVoidPointer(&y)
    takesAConstVoidPointer([1.0, 2.0, 3.0])
    takesAConstVoidPointer([1, 2, 3])
    

3.3 自动释放不安全指针

• 当一个函数被声明为接受 AutoreleasingUnsafePointer<Type> 参数时，这个函数可以接受下列任何一个类型作为参数。

  • nil，作为空指针传入

  • 一个 AutoreleasingUnsafePointer<Type> 值

  • 其操作数是原始的，复制到一个临时的没有所有者的缓冲区的一个输入输出表达式，该缓冲区的地址传递给调用，并返回时，缓冲区中的值加载，保存，并重新分配到操作数。

  • 注意：这个列表没有包含数组。

  • 如果你这样定义了一个函数

    // Swift
    
    func takesAnAutoreleasingPointer(x: AutoreleasingUnsafePointer<NSDate?>) { /*...*/ }
    

  • 那么你可以使用以下任何一种方式来调用这个函数：

    // Swift
    
    var x: NSDate? = nil
    var p: AutoreleasingUnsafePointer<NSDate?> = nil
    
    takesAnAutoreleasingPointer(nil)
    takesAnAutoreleasingPointer(p)
    takesAnAutoreleasingPointer(&x)
    

  • 注意：C 语言函数指针没有被 Swift 引进。

4、全局常量

• 在 C 和 Objective-C 语言源文件中定义的全局常量会自动地被 Swift 编译引进并做为 Swift 的全局常量。

5、预处理指令

• Swift 编译器不包含预处理器。取而代之的是它充分利用了编译时属性生成配置和语言特性来完成相同的功能。因此 Swift 没有引进预处理指令。

5.1 简单宏

• 在 C 和 Objective-C 中通常使用的 #define 指令定义的一个宏常数，在 Swift 中可以使用全局常量来代替。由于简单的用于定义常量的宏会被直接被映射成 Swift 全局量，Swift 编译器会自动引进在 C 或 Objective-C 源文件中定义的简单宏。

• 例如: 一个全局定义 #define FADE_ANIMATION_DURATION 0.35，在 Swift可以使用 let FADE_ANIMATION_DURATION = 0.35 来更好的表述。

5.2 复杂宏

• 在 C 和 Objective-C 中使用的复杂宏在 Swift 中并没有与之对应的定义。复杂宏是那些不用来定义常量的宏，而是用来定义包含小括号 () 函数的宏。你在 C 和 Objective-C 使用复杂的宏是用来避免类型检查的限制和相同代码的重复劳动。然而，宏也会产生 Bug 和重构的困难。在 Swift 中你可以直接使用函数和泛型来达到同样的效果。因此，在 C 和 Objective-C 源文件中定义的复杂宏在 Swift 是不能使用的。

5.3 编译配置

• Swift 代码和 Objective-C 代码以不同的方式进行条件编译。Swift 代码可以根据生成配置的评价配进行有条件的编译。生成配置包括 true 和 false 字面值，命令行标志，和下表中的平台测试函数。你可以使用 -D <#Flag#> 指定命令行标志。

  函数	有效参数
  os()	OSX, iOS
  arch()	x86_64, arm, arm64, i386

  • 注意：arch(arm) 的生成配置不会为 64 位 arm 设备返回 true，当代码运行在为 32 位的 iOS 模拟器器时，arch(i386) 的生成配置返回 true。

• 一个简单的条件编译需要以下代码格式。

  #if build configuration
      statements
  #else
      statements
  #endif
  

• 一个由零个或多个有效的 Swift 语句声明的 statements，可以包括表达式，语句和控制流语句。你可以添加额外的构建配置要求，条件编译说明用 && 和 || 操作符以及 ! 操作符，添加条件控制块用 #elseif。

  #if build configuration && !build configuration
      statements
  #elseif build configuration
      statements
  #else
      statements
  #endif
  

• 与 C 语言编译器的条件编译相反，Swift 条件编译语句必须完全是自包含和语法有效的代码块。这是因为 Swift 代码即使没有被编译，也要全部进行语法检查。