如何在 Swift 3 中将 UnsafePointer<[Float]> 或将 Float Array 数据转换为 Unsafe[Mutable]Pointer<Float>？

Question

我有一个来自 HDF5 文件的浮点值 (floatArray) 数组，我想将此数据用作接受 Unsafe[Mutable]Pointer (inputForFunction) 的函数的输入。我是 UnsafePointer 的新手，所以我需要别人的帮助。

我想到的一种方法是将数组存储到文件中，然后打开它并将文件描述符映射到变量的内存中以供函数输入：

  // read the data from HDF5 file
  var floatArray: [Float] = try originalHDF5DataSet.read()

  // store the data
  let dataToStore = NSData(bytes: &floatArray, length: sizeOfArray * MemoryLayout<Float>.size)
  let tmpPath = URL(fileURLWithPath: NSTemporaryDirectory())
  let filePath = tmpPath.appendingPathComponent("floatArrayData").appendingPathExtension("dat")
  do{
    try data.write(to: filePath, options: .atomic)
    let fileManager : FileManager   = FileManager.default
    if fileManager.fileExists(atPath:filePath.path){
      print("Success")
    }else{
      print("Fail")
    }

    // open the data 
    let dataPath = filePath.path
    let fd = open(dataPath, O_RDONLY, S_IRUSR | S_IWUSR | S_IRGRP | S_IWGRP | S_IROTH | S_IWOTH)
    assert(fd != -1, "Error: failed to open output file at \""+dataPath+"\"  errno = \(errno)\n")
    // memory map the parameters
    let hdr = mmap(nil, Int(sizeOfArray), PROT_READ, MAP_FILE | MAP_SHARED, fd, 0)
    // cast Void pointers to Float
    let inputForFunction = UnsafePointer<Float>(hdr!.assumingMemoryBound(to: Float.self))
  } catch{
    print("failed")
  }

但是，它可能不是最好的实现，因为存储数据的过程似乎很耗时。

这就是为什么我正在考虑使用 UnsafePointer 将指针从 floatArray 传递到 inputForFunction，但我不确定如何实现它。仅供参考，我想到的一种方法是直接使用withUnsafePointermethod：

var floatArray: [Float] = try originalHDF5DataSet.read()
var inputForFunction = UnsafeMutablePointer<Float>.allocate(capacity: Int(sizeOfArray))
withUnsafePointer(to: &floatArray[0]) { (ptr: UnsafePointer<Float>) in
  inputForFunction = UnsafeMutablePointer(mutating: ptr)
}

或者另一种方法是使用withMemoryRebound（但以下方法不起作用）：

var floatArray: [Float] = try originalHDF5DataSet.read()
var inputForFunction = UnsafeMutablePointer<Float>.allocate(capacity: Int(sizeOfArray))
withUnsafePointer(to: &floatArray) { (ptrDataArray: UnsafePointer<[Float]>) in
  inputForFunction = ptrDataArray.withMemoryRebound(to: inputForFunction.self, capacity: Int(sizeOfArray), { (ptr: UnsafePointer<[Float]>) -> UnsafeMutablePointer<Float> in
    return ptr[0]
  })
}

我的问题是

• 如何将floatArray的数据地址传递给inputForFunction？
• 如果我需要从 UnsafePointer 转换为 Unsafe[Mutable]Pointer，该怎么做？
• 如果需要，如何使用withMemoryRebound 来实现此目的？我可以分配吗 闭包内inputForFunction 的地址/值？
• 当我检查floatArray 和floatArray[0] 的地址时，它们是不同的（这似乎与C/C++ 不同）。应该将哪个地址传递给inputForFunction？

Answer 1

您可以找到许多解释如何从[Float] 获取Unsafe(Mutable)Pointer<Float> 的文章。他们中的一些人回答了你的一些问题。稍后尝试找到它们。

• 如何将floatArray的数据地址传递给inputForFunction？

  您通常使用数组的方法withUnsafeBufferPointer 或withUnsafeMutableBufferPointer。您可以在闭包参数中获取Unsafe(Mutable)BufferPointer<Element>，其中包含Unsafe(Mutable)Pointer<Element> 作为其baseAddress 属性。

  var floatArray: [Float] = try originalHDF5DataSet.read()
  floatArray.withUnsafeBufferPointer {unsafeBufferPointer in
      let inputForFunction = unsafeBufferPointer.baseAddress
      //`unsafeBufferPointer` (including its `baseAddress`) is valid only in this closure.
      //So, do not pass `inputForFunction` outside of the closure, use it inside.
      //...
  }
  

• 如果我需要从 UnsafePointer 转换为 Unsafe[Mutable]Pointer，该怎么做？

  当你找到像UnsafePointer<[Float]> 这样的东西时，你就走错了路。在 Swift 中，Array 是一个隐藏结构，可能包含对其元素的（多级）间接引用。你通常不需要使用UnsafePointer<Array<Float>>。

• 如果需要，如何使用 withMemoryRebound 来达到这个目的？我可以将地址/值分配给闭包内的 inputForFunction 吗？

  当您有一个AType 数组并希望将其作为Unsafe(Mutable)Pointer<AnotherType> 传递时，您可以使用withMemoryRebound。但在您的情况下，您只需要使用Float，因此您的目的可能不需要withMemoryRebound。

• 当我检查 floatArray 和 floatArray[0] 的地址时，它们是不同的（这似乎与 C/C++ 不同）。应该将哪个地址传递给 inputForFunction？

  没有。正如我上面写的， address of floatArray 只是指向某个包含隐藏结构的地方，所以它对你的目的完全没用。而floatArray[0]的地址也不保证是整个内容的第一个元素的地址。 Swift 可以创建一个只包含一个元素的时间区域，并传递时间区域的地址。

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顺便问一下，您真的需要将您的[Float] 转换为Unsafe(Mutable)Pointer<Float> 吗？

如果你的函数签名是这样的：

func takingUnsafePointer(_ pointer: UnsafePointer<Float>)

你可以这样称呼它：

takingUnsafePointer(floatArray)
//In this case `floatArray` can be a `let` constant.

否则，如果函数签名是：

func takingUnsafeMutablePointer(_ pointer: UnsafeMutablePointer<Float>)

称它为：

takingUnsafeMutablePointer(&floatArray)
//In this case `floatArray` needs to be a `var`, not `let`.

请记住，在这两种情况下，传递的指针仅在函数调用时有效。您不应该将指针导出到其他地方。

Answer 2

Array 类型有withUnsafeBufferPointer 方法。

此方法接受 UnsafeBufferPointer 的闭包，就像您要求的 UnsafePointer<[Float]>。

如果你需要UnsafePointer 到数组的开头，你可以使用UnsafeBufferPointer 的baseAddress 属性。

示例代码：

let bufferPointer: UnsafeBufferPointer<Float> = floatArray.withUnsafeBufferPointer { bufferPointer in
    return bufferPointer
}

或

let baseAddress: UnsafePointer<Float> = floatArray.withUnsafeBufferPointer { bufferPointer in
    return bufferPointer.baseAddress
}

编辑：或者如果它的功能只是传递&floatArray 可能会起作用。