Swift中struct与class的二进制大小分析及优化策略

一、类型基础对比

引用类型 vs 值类型

引用类型(Class):

• 赋值时传递指针而非值拷贝
• 修改一个实例会影响所有引用该实例的变量
• 存储在堆(heap)中
• 支持继承

值类型(struct):

• 赋值时进行值拷贝
• 修改一个实例不会影响其他副本
• 存储在栈(stack)中
• 不支持继承

Swift中struct与class的主要区别

1. 类型本质：class是引用类型，struct是值类型
2. 继承性：类允许被继承，结构体不允许
3. 初始化要求：类成员变量必须显式初始化，结构体由编译器自动生成init函数
4. Objective-C兼容性：需要继承Objective-C类时使用class
5. 方法修饰：struct修改属性需要mutating关键字，class不需要
6. 线程安全性：struct在多线程环境下更安全
7. 内存管理：class有引用计数，可能导致循环引用；struct没有引用计数

二、struct的优势

1. 安全性：值类型在多线程环境下安全，无需担心竞态条件
2. 效率性：栈分配比堆分配(malloc/free)性能更高
3. 无内存泄漏：没有引用计数器，不会因循环引用导致内存泄漏
4. 默认线程安全：每个线程操作自己的数据副本

三、struct的潜在问题

1. 内存问题

问题表现：

• 大型struct赋值操作会导致完整拷贝
• 内存中可能存在多个相同数据的副本
• 重复复制消耗资源

解决方案：Copy-on-Write (COW)机制

COW实现原理：

1. 基本类型(Int, Double, String)：赋值时立即拷贝
2. 集合类型(Array, Dictionary, Set)：修改时才发生拷贝
3. 自定义类型：需要手动实现COW

自定义COW实现示例：

final class Ref<T> {
    var val: T
    init(_ v: T) { val = v }
}

struct Box<T> {
    var ref: Ref<T>
    init(_ x: T) { ref = Ref(x) }
    
    var value: T {
        get { return ref.val }
        set {
            if !isKnownUniquelyReferenced(&ref) {
                ref = Ref(newValue)
                return
            }
            ref.val = newValue
        }
    }
}

2. 二进制体积问题

发现过程：

• 京喜App商详模块中，两个struct模型(PGDomainModel)二进制大小异常：
  • struct版本：507KB
  • class版本：256KB

深入分析：

1. 基础对比：

   • 简单var修饰变量：

     class HDClassDemo { var locShopName: String? }
     struct HDStructDemo { var locShopName: String? }
     

     • class: 1.54KB
     • struct: 1.48KB
     • struct体积略小

2. let修饰变量：

   class HDClassDemo { let locShopName: String? = nil }
   struct HDStructDemo { let locShopName: String? }
   

   • class: 0.94KB
   • struct: 1.25KB
   • class体积更小

3. 多变量传递影响：

   • struct在跨类传递时，每个变量会产生两次内存操作(ldur/str)
   • 变量越多，二进制体积增长越明显

Decodable协议的影响：

通过创建1-200个变量的测试样本，发现：

• Class、Struct、ClassDecodable：线性增长
• StructDecodable：非线性增长，在77个变量后体积超过ClassDecodable

增长函数近似：

• Class: Y = 0.825 + X * 0.705
• Struct: Y = 1.0794 + X * 0.4006
• ClassDecodable: Y = 5.3775 + X * 1.1625

四、类型选择策略

二进制大小优化建议

1. let修饰变量：

   • class远胜于struct
   • 7个变量时：
     • struct: 3.12KB
     • class: 1.92KB

2. var修饰变量：

   • struct远胜于class
   • 100个变量时：
     • class: 71.74KB
     • struct: 38.98KB

3. 遵循Decodable协议：

   • 变量少于77个：StructDecodable更优
   • 变量多于77个：ClassDecodable更优

实际项目经验

京喜App优化案例：

• 将商详模块的PGDomainModel和PGDomainData从struct改为class
• 模块二进制大小从12.1MB降至5.5MB
• 减少6.6MB体积

五、预防策略

SwiftLint自定义规则

custom_rules:
  disable_more_struct_variable:
    included: ".*.swift"
    name: "struct不应包含超过10个的变量"
    regex: "^(struct).*(Decodable).*(((\n)*\\s(var).*){10,})"
    message: "struct不应包含超过10个的变量"
    severity: error

当前限制：

1. 正则性能问题：变量数超过15时检测会变慢
2. 注释干扰：注释中的var会被误统计

六、最佳实践总结

1. 优先使用struct的情况：

   • 需要值语义
   • 变量多为var修饰
   • 变量数量较少(<10)
   • 不需要继承Objective-C类
   • 多线程环境

2. 优先使用class的情况：

   • 需要引用语义
   • 变量多为let修饰
   • 变量数量较多(>10)
   • 需要继承
   • 需要与Objective-C交互

3. Decodable类型选择：

   • 变量少(<77)：用struct
   • 变量多(≥77)：用class

4. 其他建议：

   • 尽量使用let而非var
   • 大型struct考虑实现COW
   • 使用工具监控二进制大小变化
   • 建立代码规范限制struct变量数量

七、工具与资源

1. 分析工具：

   • LinkMap：分析二进制各组件大小
   • Hopper Disassembler：反汇编查看.o文件
   • SwiftLint：代码规范检查

2. 参考资源：

   • Apple官方文档
   • Swift仓库优化建议
   • COW深入解析

3. 示例代码：

   • HDSwiftStructSizeDemo