Swift2.1 语法指南——自动引用计数

原档：

https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/AutomaticReferenceCounting.html#//apple_ref/doc/uid/TP40014097-CH20-ID48

参考：http://wiki.jikexueyuan.com/project/swift/chapter2/16_Automatic_Reference_Counting.html

1、自动引用计数

Swift 使用自动引用计数（ARC）机制来跟踪和管理你的应用程序的内存使用。通常情况下，Swift 的内存管理机制会一直起着作用，你无须自己来考虑内存的管理。ARC 会在类的实例不再被使用时，自动释放其占用的内存。

然而，在少数情况下，ARC 为了能帮助你管理内存，需要更多的关于你的代码之间关系的信息。

注意：引用计数机制仅仅适用于类。结构类型和枚举都是值类型，不是引用类型，不是通过引用来存储值和传递值。

2、ARC的原理

当你每次创建一个类的新的实例的时候，ARC 会分配一大块内存用来储存实例的信息。内存中会包含实例的信息，以及这个实例所有相关存储属性的值。

此外，当实例不再被使用时，ARC 释放实例所占用的内存，并让释放的内存能挪作他用。这确保了不再被使用的实例，不会一直占用内存空间。

然而，当 ARC 收回和释放了正在被使用中的实例，该实例的属性和方法将不能再被访问和调用。实际上，如果你试图访问这个实例，你的应用程序很可能会崩溃。

为了确保使用中的实例不会被销毁，ARC 会跟踪和计算每一个实例正在被多少属性，常量和变量所引用。即使实例的引用数为1，ARC都不会销毁这个实例。

为了达到这种目的，无论你将实例赋值给属性、常量或变量，它们都会创建此实例的强引用。之所以称之为“强”引用，是因为它会将实例牢牢的保持住，只要存在强引用，实例就不允许被销毁。

3、ARC的过程分析

下面是一个Person类：

 1 class Person {
 2     let name: String
 3     init(name: String) {
 4         self.name = name
 5         print("\(name) is being initialized")
 6     }
 7     deinit {
 8         print("\(name) is being deinitialized")
 9     }
10 }

Person类有一个构造器为实例的name属性赋值，并打印一条消息以表明初始化过程生效。Person类还有一个析构器，这个析构器会在实例被销毁时打印一条消息。

接下来的代码定义了三个类型为Person?的变量，按照代码中的顺序，为新的Person实例建立多个引用。由于这些变量是被定义为可选类型（Person?，而不是Person），它们的值会被自动初始化为nil，目前还不会引用到Person类的实例。

1 var reference1: Person?
2 var reference2: Person?
3 var reference3: Person?

然后创建一个实例：

1 reference1 = Person(name: "John Appleseed")
2 // prints "John Appleseed is being initialized"

注意的是，一旦调用类的初始化器，就打印出了信息，这意味着构造已经完成。

现在，这个新的Person实例被赋值给reference1变量，因此，reference1和这个新的实例之间有了一个强引用。正是因为这一个强引用，ARC 会保证Person实例被保持在内存中不被销毁。

如果将这个实例赋值给其他两个变量，则对这个实例的强引用就又多了两个： 

1 reference2 = reference1
2 reference3 = reference1

现在一共有三个强引用指向这个实例。

如果你通过给其中两个变量赋值nil的方式断开两个强引用（包括最先的那个强引用），只留下一个强引用，Person实例不会被销毁：

1 reference1 = nil
2 reference2 = nil

在你清楚地表明不再使用这个Person实例时，即第三个也就是最后一个强引用被断开时，ARC 会销毁它。

1 reference3 = nil
2 // prints "John Appleseed is being deinitialized"

4、类实例之间的循环强引用

在上面的例子中，ARC 会跟踪你所新创建的Person实例的引用数量，并且会在Person实例不再被需要时销毁它。

然而，我们可能会写出一个类实例的强引用数永远不能变成0的代码。如果两个类实例互相持有对方的强引用，因而每个实例都让对方一直存在，就是这种情况。这就是所谓的循环强引用。

你可以通过定义类之间的关系为弱引用或无主引用，以替代强引用，从而解决循环强引用的问题。

下面展示了一个不经意产生循环强引用的例子。定义了两个类：Person和Apartment，用来建模公寓和它其中的居民:

 1 class Person {
 2     let name: String
 3     init(name: String) { self.name = name }
 4     var apartment: Apartment?
 5     deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
 6 }
 7  
 8 class Apartment {
 9     let unit: String
10     init(unit: String) { self.unit = unit }
11     var tenant: Person?
12     deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
13 }

每一个Person实例有一个name属性，和一个可选的初始化为nil的apartment属性。apartment属性是可选的，因为一个人并不总是拥有公寓。

每个Apartment实例有一个number属性，并有一个可选的初始化为nil的tenant属性。tenant属性是可选的，因为一栋公寓并不总是有居民。

这两个类都定义了析构函数，用以在类实例被析构的时候输出信息。这让你能够知道Person和Apartment的实例是否像预期的那样被销毁。

接下来定义了两个可选类型的变量john和unit4A，并分别被设定为下面的Apartment和Person的实例。这两个变量都被初始化为nil，这正是可选的优点：

1 var john: Person?
2 var unit4A: Apartment?

现在创建指定的实例给这两个变量：

1 john = Person(name: "John Appleseed")
2 unit4A = Apartment(unit: "4A")

在两个实例被创建和赋值后，变量john现在有一个指向Person实例的强引用，而变量unit4A有一个指向Apartment实例的强引用：

现在可以将这两个实例关联在一起，这样人就能有公寓住了，而公寓也有了房客。注意感叹号用来解析和访问可选变量john和unit4A中的实例，这样实例的属性才能被赋值：

1 john!.apartment = unit4A
2 unit4A!.tenant = john

不幸的是，这两个实例关联后会产生一个循环强引用。Person实例现在有了一个指向Apartment实例的强引用，而Apartment实例也有了一个指向Person实例的强引用。因此，当你断开john和unit4A变量所持有的强引用时，引用计数并不会降为 0，实例也不会被 ARC 销毁：

1 john = nil
2 unit4A = nil

注意，当你把这两个变量设为nil时，没有任何一个析构函数被调用。Person和Apartment实例之间的强引用关系保留了下来并且不会被断开。循环强引用会一直阻止Person和Apartment类实例的销毁，这就在你的应用程序中造成了内存泄漏。

5、解决循环强引用问题

Swift 提供了两种办法用来解决你在使用类的属性时所遇到的循环强引用问题：

弱引用（weak reference）和无主引用（unowned reference）。

弱引用和无主引用允许循环引用中的一个实例引用另外一个实例而不保持强引用。这样实例能够互相引用而不产生循环强引用。

生命周期中会变为nil的实例使用弱引用。相反地，对于初始化赋值后再也不会被赋值为nil的实例，使用无主引用。

（1）弱引用

弱引用不会对其引用的实例保持强引用，因而不会阻止 ARC 销毁被引用的实例。这个特性阻止了引用变为循环强引用。

声明属性或者变量时，在前面加上weak关键字表明这是一个弱引用。

在实例的生命周期中，如果某些时候引用没有值，那么弱引用可以避免循环强引用。如果引用总是有值，则可以使用无主引用。

在上面Apartment的例子中，一个公寓的生命周期中，有时是没有“居民”的，因此适合使用弱引用来解决循环强引用。

注意：弱引用必须被声明为变量，表明其值能在运行时被修改。弱引用不能被声明为常量。

 

由于弱引用可以没有值，你必须将每一个弱引用声明为可选类型。在 Swift 中，推荐使用可选类型描述可能没有值的类型。

因为弱引用不会保持所引用的实例，即使引用存在，实例也有可能被销毁。因此，ARC 会在引用的实例被销毁后自动将其赋值为nil。你可以像其他可选值一样，检查弱引用的值是否存在，你将永远不会访问已销毁的实例的引用。

下面的例子跟上面Person和Apartment的例子一样，但是有一个重要的区别。这一次，Apartment的tenant属性被声明为弱引用：

 1 class Person {
 2     let name: String
 3     init(name: String) { self.name = name }
 4     var apartment: Apartment?
 5     deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
 6 }
 7  
 8 class Apartment {
 9     let unit: String
10     init(unit: String) { self.unit = unit }
11     weak var tenant: Person?
12     deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
13 }

仍然建立引用关系：

1 var john: Person?
2 var unit4A: Apartment?
3  
4 john = Person(name: "John Appleseed")
5 unit4A = Apartment(unit: "4A")
6  
7 john!.apartment = unit4A
8 unit4A!.tenant = john

Person实例依然保持对Apartment实例的强引用，但是Apartment实例只是对Person实例的弱引用。这意味着当你断开john变量所保持的强引用时，再也没有指向Person实例的强引用了。

由于再也没有指向Person实例的强引用，该实例会被销毁：

1 john = nil
2 // prints "John Appleseed is being deinitialized"

唯一剩下的指向Apartment实例的强引用来自于变量unit4A。如果你断开这个强引用，再也没有指向Apartment实例的强引用了：

1 unit4A = nil
2 // prints "Apartment 4A is being deinitialized"

变量john和unit4A在被赋值为nil后，Person实例和Apartment实例的析构函数都打印出“销毁”的信息。这证明了引用循环被打破了。

（2）无主引用

和弱引用类似，无主引用不会牢牢保持住引用的实例。和弱引用不同的是，无主引用是永远有值的。因此，无主引用总是被定义为非可选类型。

声明属性或者变量时，在前面加上关键字unowned表示这是一个无主引用。

由于无主引用是非可选类型，你不需要在使用它的时候将它解析，无主引用可以被直接访问。不过 ARC 无法在实例被销毁后将无主引用设为nil，因为非可选类型的变量不允许被赋值为nil。

注意：如果你试图在实例被销毁后，访问该实例的无主引用，会触发运行时错误。使用无主引用，你必须确保引用始终指向一个未销毁的实例。
还需要注意的是如果你试图访问实例已经被销毁的无主引用，Swift 确保程序会直接崩溃，而不会发生无法预期的行为。所以你应当避免这样的事情发生。

下面的例子定义了两个类，Customer和CreditCard模拟了银行客户和客户的信用卡。这两个类中，每一个都将另外一个类的实例作为自身的属性。这种关系可能会造成循环强引用。

在这个数据模型中，一个客户可能有或者没有信用卡，但是一张信用卡总是关联着一个客户。为了表示这种关系，Customer类有一个可选类型的card属性，但是CreditCard类有一个非可选类型的customer属性。

此外，只能通过将一个number值和customer实例传递给CreditCard构造函数的方式来创建CreditCard实例。这样可以确保当创建CreditCard实例时总是有一个customer实例与之关联。

由于信用卡总是关联着一个客户，因此将customer属性定义为无主引用，用以避免循环强引用：

 1 class Customer {
 2     let name: String
 3     var card: CreditCard?
 4     init(name: String) {
 5         self.name = name
 6     }
 7     deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
 8 }
 9  
10 class CreditCard {
11     let number: UInt64
12     unowned let customer: Customer
13     init(number: UInt64, customer: Customer) {
14         self.number = number
15         self.customer = customer
16     }
17     deinit { print("Card #\(number) is being deinitialized") }
18 }

注意：CreditCard类的number属性被定义为UInt64类型而不是Int类型，以确保number属性的存储量在32位和64位系统上都能足够容纳16位的卡号。

接着，定义了一个叫john的可选类型Customer变量，用来保存某个特定客户的引用。由于是可选类型，所以变量被初始化为nil。

1 var john: Customer?

创建Customer类的实例，用它初始化CreditCard实例，并将新创建的CreditCard实例赋值为客户的card属性。

1 john = Customer(name: "John Appleseed")
2 john!.card = CreditCard(number: 1234_5678_9012_3456, customer: john!)

Customer实例持有对CreditCard实例的强引用，而CreditCard实例持有对Customer实例的无主引用。

由于customer的无主引用，当你断开john变量持有的强引用时，再也没有指向Customer实例的强引用了。

由于再也没有指向Customer实例的强引用，该实例被销毁了。其后，再也没有指向CreditCard实例的强引用，该实例也随之被销毁了：

1 john = nil
2 // prints "John Appleseed is being deinitialized"
3 // prints "Card #1234567890123456 is being deinitialized"

（3）无主引用和隐式解析可选属性

上面弱引用和无主引用的例子涵盖了两种常用的需要打破循环强引用的场景。

Person和Apartment的例子展示了两个属性的值都允许为nil，并会潜在的产生循环强引用。这种场景最适合用弱引用来解决。

Customer和CreditCard的例子展示了一个属性的值允许为nil，而另一个属性的值不允许为nil，这也可能会产生循环强引用。这种场景最适合用无主引用来解决。

然而，存在着第三种场景，在这种场景中，两个属性都必须有值，并且初始化完成后永远不会为nil。在这种场景中，需要一个类使用无主属性，而另外一个类使用隐式解析可选属性。

这使两个属性在初始化完成后能被直接访问（不需要可选解析），同时避免了循环引用。这一节将为你展示如何建立这种关系。

下面的例子定义了两个类，Country和City，每个类将另外一个类的实例保存为属性。在这个模型中，每个国家必须有首都，每个城市必须属于一个国家。为了实现这种关系，Country类拥有一个capitalCity属性，而City类有一个country属性：

 1 class Country {
 2     let name: String
 3     var capitalCity: City!
 4     init(name: String, capitalName: String) {
 5         self.name = name
 6         self.capitalCity = City(name: capitalName, country: self)
 7     }
 8 }
 9  
10 class City {
11     let name: String
12     unowned let country: Country
13     init(name: String, country: Country) {
14         self.name = name
15         self.country = country
16     }
17 }

为了建立两个类的依赖关系，City的构造函数有一个Country实例的参数，并且将实例保存为country属性。

Country的构造函数调用了City的构造函数。然而，只有Country的实例完全初始化完后，Country的构造函数才能把self传给City的构造函数。

为了满足这种需求，通过在类型结尾处加上感叹号（City!）的方式，将Country的capitalCity属性声明为隐式解析可选类型的属性。这表示像其他可选类型一样，capitalCity属性的默认值为nil，但是不需要解析它的值就能访问它。

由于capitalCity默认值为nil，一旦Country的实例在构造函数中给name属性赋值后，整个初始化过程就完成了。这代表一旦name属性被赋值后，Country的构造函数就能引用并传递隐式的self。Country的构造函数在赋值capitalCity时，就能将self作为参数传递给City的构造函数。

这些意味着，你可以通过一条语句同时创建Country和City的实例，而不产生循环强引用，并且capitalCity的属性能被直接访问，而不需要通过感叹号来解析它的可选值：

1 var country = Country(name: "Canada", capitalName: "Ottawa")
2 print("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
3 // prints "Canada's capital city is called Ottawa"

使用隐式解析可选值的意义在于满足了两个类构造函数的需求。capitalCity属性在初始化完成后，能像非可选值一样使用和存取同时还避免了循环强引用。

6、闭包之间的强引用循环

前面我们看到了循环强引用是在两个类实例属性互相保持对方的强引用时产生的，还知道了如何用弱引用和无主引用来打破这些循环强引用。

循环强引用还会发生在当你将一个闭包赋值给类实例的某个属性，并且这个闭包体中又使用了这个类实例。这个闭包体中可能访问了实例的某个属性，例如self.someProperty，或者闭包中调用了实例的某个方法，例如self.someMethod。这两种情况都导致了闭包 “捕获" self，从而产生了循环强引用。

循环强引用的产生，是因为闭包和类相似，都是引用类型。当你把一个闭包赋值给某个属性时，你也把一个引用赋值给了这个闭包。实质上，这跟之前的问题是一样的－两个强引用让彼此一直有效。但是，和两个类实例不同，这次一个是类实例，另一个是闭包。

Swift 提供了一种优雅的方法来解决这个问题，称之为闭包捕获列表（closuer capture list）。

下面的例子定义了一个叫HTMLElement的类，用一种简单的模型表示 HTML 中的一个单独的元素：

class HTMLElement {
    
    let name: String
    let text: String?
    
    lazy var asHTML: Void -> String = {
        if let text = self.text {
            return "<\(self.name)>\(text)"
        } else {
            return "<\(self.name) />"
        }
    }
    
    init(name: String, text: String? = nil) {
        self.name = name
        self.text = text
    }
    
    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
    
}

 HTMLElement类定义了一个name属性来表示这个元素的名称，例如代表段落的"p"，或者代表换行的"br"。HTMLElement还定义了一个可选属性text，用来设置和展现 HTML 元素的文本。

除了上面的两个属性，HTMLElement还定义了一个lazy属性asHTML。这个属性引用了一个将name和text组合成 HTML 字符串片段的闭包。该属性是Void -> String类型，可以理解为“一个没有参数，返回String的函数”。

默认情况下，闭包赋值给了asHTML属性，这个闭包返回一个代表 HTML 标签的字符串。如果text值存在，该标签就包含可选值text；如果text不存在，该标签就不包含文本。对于段落元素，根据text是"some text"还是nil，闭包会返回"

some text

"或者"

"。

asHTML属性的命名和使用有点像实例方法。然而，由于asHTML是闭包而不是实例方法，如果你想改变特定元素的 HTML 处理的话，可以用自定义的闭包来取代默认值。

例如，asHTML属性可以设成这样一个闭包，如果text属性的值是nil，则返回 一个默认的字符串。

1 let heading = HTMLElement(name: "h1")
2 let defaultText = "some default text"
3 heading.asHTML = {
4     return "<\(heading.name)>\(heading.text ?? defaultText)"
5 }
6 print(heading.asHTML())
7 // prints "
some default text
"

注意：asHTML声明为lazy属性，因为只有当元素确实需要处理为HTML输出的字符串时，才需要使用asHTML。也就是说，在默认的闭包中可以使用self，因为只有当初始化完成以及self确实存在后，才能访问lazy属性。

HTMLElement类只提供一个构造函数，通过name和text（如果有的话）参数来初始化一个元素。该类也定义了一个析构函数，当HTMLElement实例被销毁时，打印一条消息。

1 var paragraph: HTMLElement? = HTMLElement(name: "p", text: "hello, world")
2 print(paragraph!.asHTML())
3 // prints "
hello, world
"

注意：上面的paragraph变量定义为可选HTMLElement，因此我们可以赋值nil给它来演示循环强引用。

不幸的是，上面写的HTMLElement类产生了类实例和asHTML默认值的闭包之间的循环强引用。

实例的asHTML属性持有闭包的强引用。但是，闭包在其闭包体内使用了self（引用了self.name和self.text），因此闭包捕获了self，这意味着闭包又反过来持有了HTMLElement实例的强引用。这样两个对象就产生了循环强引用。

注意：虽然闭包多次使用了self，它只捕获HTMLElement实例的一个强引用。

如果设置paragraph变量为nil，打破它持有的HTMLElement实例的强引用，由于循环强引用，HTMLElement实例和它的闭包都不会被销毁：

1 paragraph = nil

可以看到HTMLElementdeinitializer中的消息并没有被打印，证明了HTMLElement实例并没有被销毁。

7、解决闭包的循环强引用问题

在定义闭包时同时定义捕获列表作为闭包的一部分，通过这种方式可以解决闭包和类实例之间的循环强引用。捕获列表定义了闭包体内捕获一个或者多个引用类型的规则。跟解决两个类实例间的循环强引用一样，声明每个捕获的引用为弱引用或无主引用，而不是强引用。应当根据代码关系来决定使用弱引用还是无主引用。

注意：Swift 要求只要在闭包内使用self的成员，就要用self.someProperty或者self.someMethod（而不只是someProperty或someMethod）。这提醒你可能会一不小心就捕获了self。

（1）定义捕获列表

捕获列表中的每一项都由一对元素组成，一个元素是weak或unowned关键字，另一个元素是类实例的引用（如self）或初始化过的变量（如delegate = self.delegate!）。这些项在方括号中用逗号分开。

如果闭包有参数列表和返回类型，把捕获列表放在它们前面：

1 lazy var someClosure: (Int, String) -> String = {
2     [unowned self, weak delegate = self.delegate!] (index: Int, stringToProcess: String) -> String in
3     // closure body goes here
4 }

如果闭包没有指明参数列表或者返回类型，即它们可以通过上下文推断，那么可以把捕获列表和关键字in放在闭包最开始的地方：

1 lazy var someClosure: Void -> String = {
2     [unowned self, weak delegate = self.delegate!] in
3     // closure body goes here
4 }

（2）弱引用和无主引用

在闭包和捕获的实例总是互相引用时并且总是同时销毁时，将闭包内的捕获定义为无主引用。

相反的，在被捕获的引用可能会变为nil时，将闭包内的捕获定义为弱引用。弱引用总是可选类型，并且当引用的实例被销毁后，弱引用的值会自动置为nil。这使我们可以在闭包体内检查它们是否存在。

注意：如果被捕获的引用绝对不会变为nil，应该用无主引用，而不是弱引用。

 用无主引用来避免循环强引用：

 

class HTMLElement {

    let name: String
    let text: String?

    lazy var asHTML: Void -> String = {
        [unowned self] in
        if let text = self.text {
            return "<\(self.name)>\(text)"
        } else {
            return "<\(self.name) />"
        }
    }

    init(name: String, text: String? = nil) {
        self.name = name
        self.text = text
    }

    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }

}

上面的HTMLElement实现和之前的实现一致，只是在asHTML闭包中多了一个捕获列表。这里，捕获列表是[unowned self]，表示“用无主引用而不是强引用来捕获self”。

和之前一样，可以创建并打印HTMLElement实例：

1 var paragraph: HTMLElement? = HTMLElement(name: "p", text: "hello, world")
2 print(paragraph!.asHTML())
3 // prints "
hello, world
"

现在，闭包以无主引用的形式捕获self，并不会持有HTMLElement实例的强引用。如果将paragraph赋值为nil，HTMLElement实例将会被销毁，并能看到它的析构函数打印出的消息。

1 paragraph = nil
2 // prints "p is being deinitialized"

 

转载于:https://www.cnblogs.com/tt2015-sz/p/4874132.html