一文精通 Swift 中，Copy-on-Write（COW，写时复制）技术

在 Swift 中，Copy-on-Write（COW，写时复制） 是一种内存优化技术，尤其用于值类型（如 Array, String, Dictionary 和自定义结构体）。它的核心思想是：当复制一个值类型时，不会立即复制底层数据，只有在其中一个副本发生修改时，才会进行真正的数据复制。这能有效减少不必要的内存分配和复制操作。

原理

共享存储：当赋值或传递值类型变量时，底层数据暂时共享同一份存储。
延迟复制 ：只有在其中一个变量发生写操作时，才会检查引用计数。如果发现存储被多个对象共享，则触发真正的复制。
独享写入：复制后，修改的变量将拥有独立的数据副本，确保值类型的语义安全。

作用

性能优化：避免不必要的内存复制，提升操作大型数据结构的效率。
内存节省：多个变量可以共享同一份数据，直到需要独立修改。
保持值语义：对外表现为值类型（复制时独立），但内部智能管理存储。

代码示例

以下是一个自定义实现 COW 的结构体示例：

swift 复制代码

// 内部引用类型，封装实际数据
private class _Box<T> {
    var value: T
    init(_ value: T) { self.value = value }
}

struct COWStruct<T> {
    private var box: _Box<T>
    
    init(_ value: T) {
        box = _Box(value)
    }
    
    var value: T {
        get { box.value }
        set {
            // 写操作时检查是否是唯一引用
            if !isKnownUniquelyReferenced(&box) {
                box = _Box(newValue)
                return
            }
            box.value = newValue
        }
    }
}

// 使用示例
var a = COWStruct([1, 2, 3])
var b = a // 此时 a 和 b 共享同一份存储

b.value.append(4) // 触发 COW，b 复制独立副本

print(a.value) // [1, 2, 3]
print(b.value) // [1, 2, 3, 4]

Swift 标准库中的 COW

Swift 的集合类型（如 Array）已经内置了 COW 优化：

scss 复制代码

var array1 = [1, 2, 3]
var array2 = array1 // 共享存储，无复制

array2.append(4) // 触发 COW，array2 复制独立数据

print(array1) // [1, 2, 3]
print(array2) // [1, 2, 3, 4]

自定义类型的 COW 实现要点

使用引用类型包装数据 （如 _Box 类）。
在修改方法中检查唯一性 ：通过 isKnownUniquelyReferenced 判断引用计数。
确保线程安全：COW 实现需要保证原子性（Swift 标准库的集合类型已处理）。

注意事项

引用类型成员 ：如果结构体包含引用类型（如 Class），COW 不会自动生效，需手动处理。
性能权衡：COW 适合读多写少的场景，频繁写操作可能导致多次复制。
避免隐式共享：明确知道何时会发生复制，防止意外性能问题。

通过 COW，Swift 在保持值类型语义（安全、可预测）的同时，获得了接近引用类型的性能，这是其高效内存管理的重要设计之一。