String 里,用来索引 Character 的,不是整数,而是StringIndex

内部结构

extension String {
/// A position of a character or code unit in a string.
@_fixed_layout
public struct Index {
@usableFromInline
internal var _rawBits: UInt64 @inlinable @inline(__always)
init(_ raw: UInt64) {
self._rawBits = raw
self._invariantCheck()
}
}
}

其实就是一个UInt64的值,不过不同的bit有不同的含义。

String's Index has the following layout:

 ┌──────────┬───────────────────┬────────────────┬──────────┐
│ b63:b16 │ b15:b14 │ b13:b8 │ b7:b0 │
├──────────┼───────────────────┼────────────────┼──────────┤
│ position │ transcoded offset │ grapheme cache │ reserved │
└──────────┴───────────────────┴────────────────┴──────────┘ - grapheme cache: A 6-bit value remembering the distance to the next grapheme
boundary
- position aka `encodedOffset`: An offset into the string's code units
- transcoded offset: a sub-scalar offset, derived from transcoding
  • position,即当前字符的相对于起始位置的偏移,以 code unit 计算。在String里,默认是utf8编码,所以指代距离起始位置的字节数。
  • transcoded offset 和编码相关
  • grapheme cache 标记当前字符距离下一个字符的距离。

起始和结束位置的定义

// Index
extension _StringGuts {
@usableFromInline
internal typealias Index = String.Index @inlinable
internal var startIndex: String.Index {
@inline(__always) get { return Index(encodedOffset: 0) }
}
@inlinable
internal var endIndex: String.Index {
@inline(__always) get { return Index(encodedOffset: self.count) } //count 不是String 的count
}
}

即指向了内存地址的起始和结束。

计算字符串的长度

String 的长度,根据文档说,不可以在O(1)时间内获得,因为要遍历整个字符串。string遵守BidirectionalCollection,而不是RandomAccessCollection

  /// The number of characters in a string.
public var count: Int {
@inline(__always) get {
return distance(from: startIndex, to: endIndex)
}
}

从定义中可以看到,为了计算长度,需要计算两个Index 之间的距离。
最终是需要从startIndex 遍历到 endIndex的。

  @inlinable // protocol-only
internal func _distance(from start: Index, to end: Index) -> Int {
var start = start
var count = 0 if start < end {
while start != end {
count += 1
formIndex(after: &start)
}
}
else if start > end {
while start != end {
count -= 1
formIndex(before: &start)
}
} return count
}

每一次formIndex都会调用到下面的代码:

  public func index(after i: Index) -> Index {
_precondition(i < endIndex, "String index is out of bounds") // TODO: known-ASCII fast path, single-scalar-grapheme fast path, etc.
let stride = _characterStride(startingAt: i)
let nextOffset = i.encodedOffset &+ stride
let nextStride = _characterStride(
startingAt: Index(encodedOffset: nextOffset)) return Index(
encodedOffset: nextOffset, characterStride: nextStride)
}

可以看到,需要确定当前字符占用code unit 的个数,以及下一个字符占用code unit的个数。
这样子逐一遍历下去,不能在常数时间内完成也就可想而知了。

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