Swift循环引用的解决方案

解决实例之间的循环强引用,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。

当其他的实例有更短的生命周期时，使用弱引用，也就是说，当其他实例析构在先时。在上面公寓的例子中，很显然一个公寓在它的生命周期内会在某个时间段没有它的主人，所以一个弱引用就加在公寓类里面，避免循环引用。相比之下，当其他实例有相同的或者更长生命周期时，请使用无主引用。

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。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弱引用赋值为 nil。并且因为弱引用需要在运行时允许被赋值为 nil，所以它们会被定义为可选类型变量，而不是常量。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。

注意: 当 ARC 设置弱引用为 nil 时，属性观察不会被触发。

下面的例子Apartment 的 tenant 属性被声明为弱引用：

class Person {
    let name: String
    init(name: String) { self.name = name }
    var apartment: Apartment?
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    weak var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}

然后跟之前一样，建立两个变量（john 和 unit4A）之间的强引用，并关联两个实例：

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

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

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

现在，两个关联在一起的实例的引用关系如下图所示：

Person 实例依然保持对 Apartment 实例的强引用，但是 Apartment 实例只持有对 Person 实例的弱引用。这意味着当你通过把 john 变量赋值为 nil 而断开其所保持的强引用时，再也没有指向 Person 实例的强引用了：

john = nil
// 打印“John Appleseed is being deinitialized”

由于再也没有指向 Person 实例的强引用，该实例会被销毁，且 tenant 属性会被赋值为 nil：

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：

unit4A = nil
// 打印“Apartment 4A is being deinitialized”

由于再也没有指向 Person 实例的强引用，该实例会被销毁：

注意: 在使用垃圾收集的系统里，弱指针有时用来实现简单的缓冲机制，因为没有强引用的对象只会在内存压力触发垃圾收集时才被销毁。但是在 ARC 中，一旦值的最后一个强引用被移除，就会被立即销毁，这导致弱引用并不适合上面的用途。

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，无主引用在其他实例有相同或者更长的生命周期时使用。你可以在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。无主引用通常都被期望拥有值。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。

重点: 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。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。

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。

Customer 和 CreditCard 之间的关系与前面弱引用例子中 Apartment 和 Person 的关系略微不同。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 构造器的方式来创建 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：

class Customer {
    let name: String
    var card: CreditCard?
    init(name: String) {
        self.name = name
    }
    deinit { print("\(name) is being deinitialized") }
}

class CreditCard {
    let number: UInt64
    unowned let customer: Customer
    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }
    deinit { print("Card #\(number) is being deinitialized") }
}

下面的代码片段定义了一个叫 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： var john: Customer? 现在你可以创建 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：

john = Customer(name: "John Appleseed")
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：

john = nil
// 打印“John Appleseed is being deinitialized”
// 打印“Card #1234567890123456 is being deinitialized”

最后的代码展示了在 john 变量被设为 nil 后 Customer 实例和 CreditCard 实例的析构器都打印出了“销毁”的信息。

注意: 上面的例子展示了如何使用安全的无主引用。对于需要禁用运行时的安全检查的情况（例如，出于性能方面的原因），Swift 还提供了不安全的无主引用。与所有不安全的操作一样，你需要负责检查代码以确保其安全性。你可以通过 unowned(unsafe) 来声明不安全无主引用。如果你试图在实例被销毁后，访问该实例的不安全无主引用，你的程序会尝试访问该实例之前所在的内存地址，这是一个不安全的操作。

无主引用和隐式解包可选值属性

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。这种场景最适合通过无主引用来解决。

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包可选值属性。

这使两个属性在初始化完成后能被直接访问（不需要可选展开），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：

class Country {
    let name: String
    var capitalCity: City!
    init(name: String, capitalName: String) {
        self.name = name
        self.capitalCity = City(name: capitalName, country: self)
    }
}

class City {
    let name: String
    unowned let country: Country
    init(name: String, country: Country) {
        self.name = name
        self.country = country
    }
}

为了建立两个类的依赖关系，City 的构造器接受一个 Country 实例作为参数，并且将实例保存到 country 属性。

Country 的构造器调用了 City 的构造器。然而，只有 Country 的实例完全初始化后，Country 的构造器才能把 self 传给 City 的构造器。在两段式构造过程中有具体描述。

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 属性声明为隐式解包可选值类型的属性。这意味着像其他可选类型一样，capitalCity 属性的默认值为 nil，但是不需要展开它的值就能访问它。在隐式解包可选值中有描述。

由于 capitalCity 默认值为 nil，一旦 Country 的实例在构造器中给 name 属性赋值后，整个初始化过程就完成了。这意味着一旦 name 属性被赋值后，Country 的构造器就能引用并传递隐式的 self。Country 的构造器在赋值 capitalCity 时，就能将 self 作为参数传递给 City 的构造器。

以上的意义在于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展开它的可选值：

var country = Country(name: "Canada", capitalName: "Ottawa")
print("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
// 打印“Canada's capital city is called Ottawa”

在上面的例子中，使用隐式解包可选值值意味着满足了类的构造器的两个构造阶段的要求。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。

解决闭包的循环强引用

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 有如下要求：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。

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（例如 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：

lazy var someClosure: (Int, String) -> String = {
    [unowned self, weak delegate = self.delegate!] (index: Int, stringToProcess: String) -> String in
    // 这里是闭包的函数体
}

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

lazy var someClosure: () -> String = {
    [unowned self, weak delegate = self.delegate!] in
    // 这里是闭包的函数体
}

附录: 隐式解析可选类型

如上所述，可选类型暗示了常量或者变量可以“没有值”。可选可以通过 if 语句来判断是否有值，如果有值的话可以通过可选绑定来解析值。有时候在程序架构中，第一次被赋值之后，可以确定一个可选类型总会有值。在这种情况下，每次都要判断和解析可选值是非常低效的，因为可以确定它总会有值。

这种类型的可选状态被定义为隐式解析可选类型（implicitly unwrapped optionals）。把想要用作可选的类型的后面的问号（String?）改成感叹号（String!）来声明一个隐式解析可选类型。当可选类型被第一次赋值之后就可以确定之后一直有值的时候，隐式解析可选类型非常有用。隐式解析可选类型主要被用在 Swift 中类的构造过程中，请参考无主引用以及隐式解析可选属性。

一个隐式解析可选类型其实就是一个普通的可选类型，但是可以被当做非可选类型来使用，并不需要每次都使用解析来获取可选值。下面的例子展示了可选类型 String 和隐式解析可选类型 String 之间的区别：

let possibleString: String? = "An optional string."
let forcedString: String = possibleString! // 需要感叹号来获取值

let assumedString: String! = "An implicitly unwrapped optional string."
let implicitString: String = assumedString  // 不需要感叹号

你可以把隐式解析可选类型当做一个可以自动解析的可选类型。你要做的只是声明的时候把感叹号放到类型的结尾，而不是每次取值的可选名字的结尾。

注意:如果你在隐式解析可选类型没有值的时候尝试取值，会触发运行时错误。和你在没有值的普通可选类型后面加一个惊叹号一样。

你仍然可以把隐式解析可选类型当做普通可选类型来判断它是否包含值：

if assumedString != nil {
    print(assumedString!)
}
// 输出“An implicitly unwrapped optional string.”
你也可以在可选绑定中使用隐式解析可选类型来检查并解析它的值：
if let definiteString = assumedString {
    print(definiteString)
}
// 输出“An implicitly unwrapped optional string.”

注意:如果一个变量之后可能变成 nil 的话请不要使用隐式解析可选类型。如果你需要在变量的生命周期中判断是否是 nil 的话，请使用普通可选类型。