Swift之常见闭包与defer关键字的使用分析和闭包中的循环引用

Posted 2022-05-11 ╰つ栺尖篴夢ゞ

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Swift之常见闭包与defer关键字的使用分析和闭包中的循环引用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

一、什么是闭包？

在 Swift 中，可以通过 func 定义一个函数，也可以通过闭包表达式定义一个函数，闭包是一个捕获了上下文的常量或者是变量的函数。闭包(Closures)是自包含的功能代码块，可以在代码中使用或者用来作为参数传值。
Swift 中的闭包与 C 和 Objective-C 中的代码块（blocks）以及其他一些编程语言中的匿名函数比较相似，全局函数和嵌套函数其实就是特殊的闭包。
闭包的形式有：

全局函数	嵌套函数	闭包表达式
有名字但不能捕获任何值	有名字，也能捕获封闭函数内的值	无名闭包，使用轻量级语法，可以根据上下文环境捕获值

Swift 中的闭包有很多优化的地方：
- 根据上下文推断参数和返回值类型；
- 从单行表达式闭包中隐式返回（也就是闭包体只有一行代码，可以省略 return）；
- 可以使用简化参数名，如 $0, $1(从 0 开始，表示第i个参数…)；
- 提供了尾随闭包语法(Trailing closure syntax)。
实现一个加法功能的闭包：

func sum(_ a: Int, _ b: Int) -> Int  a + b 
var add = 
    (a: Int, b: Int) -> Int in
    return a + b


add(10, 20)

定义了一个接收参数并返回指定类型的闭包语法：

(parameters) -> return type in
   statements

OC 中的 Block 其实是一个匿名函数，所以这个表达式要具备：
- 作用域（也就是大括号）
- 参数和返回值
- 函数体（in）之后的代码
Swift 中的闭包即可以当做变量，也可以当做参数传递：

var closure : (Int) -> Int =  (a: Int) in return a 

// 通过 let 关键字将闭包声明位一个常量(也就意味着一旦赋值之后就不能改变)
let closure: (Int) -> Int

// 当作函数的参数
func test(param : () -> Int) print(param()) 
var a = 10
test  () -> Int in
    a += 1
    return a

二、常用的闭包类型

① 尾随闭包

尾随闭包是一个书写在函数括号之后的闭包表达式，函数支持将其作为最后一个参数调用。如果把闭包表达式作为函数的最后一个参数，当前的闭包表达式很长，可以通过尾随闭包的书写方式来提高代码的可读性。

func test(_ a: Int, _ b: Int, _ c: Int, by: (_ item1: Int, _ item2: Int, _ item3: Int) -> Bool) -> Bool
   return  by(a, b, c)


test(10, 20, 30)  item1, item2, item3 in
    return item1 + item2 > item3

使用闭包表达式能更简洁的传达信息。当然闭包表达式的好处有很多：
- 利用上下文推断参数和返回值类型；
- 单表达式可以隐式返回，既省略 return 关键字；
- 参数名称的简写（比如 $0）；
- 尾随闭包表达式。
如下所示，写法都是等效的，但是不建议使用最后这种太简写的，不太好理解：

var array = [1, 2, 3]

array.sort(by: (item1 : Int, item2: Int) -> Bool in return item1 < item2 )

array.sort(by: (item1, item2) -> Bool in return item1 < item2 )

array.sort(by: (item1, item2) in return item1 < item2 )

array.sort(item1, item2) in item1 < item2 

array.sort return $0 < $1 

array.sort $0 < $1 

array.sort(by: <)

② 捕获值

闭包可以在其定义的上下文中捕获常量或变量。即使定义这些常量和变量的原域已经不存在，闭包仍然可以在闭包函数体内引用和修改这些值。
Swift 最简单的闭包形式是嵌套函数，也就是定义在其他函数的函数体内的函数。嵌套函数可以捕获其外部函数所有的参数以及定义的常量和变量。
在 OC 中，我们捕获值都知道需要在局部变量前加上 __block 修饰符，比如定义一个 Block，修改局部变量的值：

- (void)testBlock 
    NSInteger a = 1;
    void(^block)(void) = ^
        NSLog(@"block=%ld", a);
    ;

    a += 1;
    NSLog(@"before block=%ld", a);
    block();
    NSLog(@"after block=%ld", a);

运行结果发现 a 的值在 block 里面输出并没有发生改变：

before block=2
block=1
after block=2

改成通过__block 修饰 a：

- (void)testBlock 
    __block NSInteger a = 1;
    void(^block)(void) = ^
        NSLog(@"block=%ld", a);
    ;

    a += 1;
    NSLog(@"before block=%ld", a);
    block();
    NSLog(@"after block=%ld", a);

运行结果发现 a 的值在 block 里面输出发生改变：

before block=2
block=2
after block=2

在 Swift 中捕获局部变量，首先运行下面的程序：

var a = 10
let closure = 
    print("closure = ", a)


a = 20
print("before", a)
closure()
print("after", a)

运行结果：

before 20
closure = 20
after 20

说明 Swift 值的捕获是在执行的时候再捕获，当代码执行到 closure()，对变量 a 进行捕获，捕获到的变量是修改之后的值。假如想实现捕获发生在定义 closure 内部：

var a = 10
let closure = [a] in
    print("closure = ", a)


a = 20
print("before", a)
closure()
print("after", a)

运行结果：

before 20
closure = 10
after 20

也就是使用 []，实现捕获列表 capturing list，就实现了捕获发生在 closure 内部，这是因为这个时候它已经不是捕获的引用了，而是最初原始值的 copy 副本。
OC Block 和 Swift 闭包相互调用：
- Swift 调用 OC Block，需要在桥接文件.header里面引入 OC 类，然后就可以在 Swift 中直接调用；
- OC 调用 Swift 闭包，需要在闭包的类中使当前类继承于 NSObject，并且闭包表达式使用 @objc 修饰，这样就可以调用。

③ 逃逸闭包

当闭包作为一个实际参数传递给一个函数的时候，并且是在函数返回之后调用，就可以说这个闭包逃逸。当声明一个接受闭包作为形式参数的函数时，可以在形式参数前写 @escaping 来明确闭包是允许逃逸的。不需要在函数结束前被调用，可以等到特定时机时才被调用。
如下所示，当闭包参数传给属性使用时：

这样就会报错，需要声明称逃逸闭包，添加 @escaping 修饰：

class Closure
    var handle: ((Int) -> Void)?

    func test(_ a: Int, handler: @escaping (Int) -> Void) 
        self.handle = handler

在原函数的内部异步执行，也必须使用逃逸闭包：

class Closure

    var handle: ((Int) -> Void)?

    func test(_ a: Int, handler: @escaping (Int) -> Void) 
        var b = 10
        DispatchQueue.main.async 
            handler(b)

逃逸闭包生命周期常于函数，函数退出的时候，逃逸闭包的引用仍被其他对象持有，不会在函数结束时释放。如果在闭包中使用了当前对象，这样就会导致循环引用发生内存泄露。

④ 非逃逸闭包

只能在函数作用域内函数执行结束前被调用：

func testNoEscaping(_ f: () -> Void) 
    f()


func test() -> Int 
    var age = 18
    testNoEscaping 
        age += 20
    
    return 30


test()

这个就是一个非逃逸闭包，当函数调用完之后这个闭包也就消失了。并且非逃逸闭包还有以下优点：
- 不会产生循环引用，函数作用域内释放；
- 编译器更多性能优化（retain， release）；
- 上下文的内存保存再栈上，不是堆上。

⑤ 自动闭包

自动闭包是一种自动创建的闭包，用于包装传递给函数作为参数的表达式。
自动闭包不接受任何参数，当它被调用的时候，会返回被包装在其中的表达式的值。
自动闭包的便利语法能够省略闭包的花括号，用一个普通的表达式来代替显式的闭包。
自动闭包能够延迟求值，因为直到调用这个闭包，代码段才会被执行。
延迟求值对于那些有副作用（Side Effect）和高计算成本的代码来说是很有益处的，因为它使得你能控制代码的执行时机。

var dataArr = ["a", "b", "c", "d", "e"]
print(dataArr.count)    // 打印出“5”

let removeStr =  dataArr.remove(at: 0) 
print(dataArr.count)    // 打印出“5”

print("debug \\(removeStr())!") // Prints "debug a!"
print(dataArr.count)    // 打印出“4”

⑥ 复制代码

在闭包的代码中，dataArr 的第一个元素被移除了，不过在闭包被调用之前，这个元素是不会被移除的。如果这个闭包永远不被调用，那么在闭包里面的表达式将永远不会执行，那意味着列表中的元素永远不会被移除。
将闭包作为参数传递给函数时，获得同样的延时求值行为：

// serve(element:) 函数接受一个返回元素的显式的闭包。
func serve(element elementProvider: () -> String) 
    print("debug \\(elementProvider())!")


serve(element:  dataArr.remove(at: 0)  )
// 打印出“debug Alex!”

通过将参数标记为 @autoclosure 来接收一个自动闭包，可以将该函数当作接受 String 类型参数（而非闭包）的函数来调用。elementProvider 参数将自动转化为一个闭包，因为该参数被标记了 @autoclosure 特性。

func serve(element elementProvider: @autoclosure () -> String) 
    print("debug \\(elementProvider())!")

serve(element: dataArr.remove(at: 0))

可以看出用 @autoclosure 修饰后，这个闭包参数可以传入字符串或者闭包：

serve(element:  dataArr.remove(at: 0)  )
serve(element: dataArr.remove(at: 0))

三、defer 关键字用法

defer block 里的代码会在函数 return 之前执行，无论函数是从哪个分支 return 的，还是有 throw，还是自然而然走到最后一行。如果多个 defer 语句出现在同一作用域中，它们执行的顺序和添加的顺序是相反的。

① try catch 结构

func foo() 
defer 
print("finally")
  
do 
throw NSError()
print("impossible")
   catch 
print("handle error")

不管 do block 是否 throw error，有没有 catch 到，还是 throw 出去了，都会保证在整个函数 return 前执行 defer。在这个例子里，就是先 print 出 “handle error” 再 print 出 “finally”。

② 清理工作、回收资源

关闭文件：

func foo() 
let fileDescriptor = open(url.path, O_EVTONLY)
defer 
    close(fileDescriptor)
  
// use fileDescriptor...

这样就不怕哪个分支忘了写，或者中间 throw 个 error，导致 fileDescriptor 没法正常关闭。
加/解锁：

func foo() 
  objc_sync_enter(lock)
defer  
    objc_sync_exit(lock)
  
// do something...

像这种成对调用的方法，可以用 defer 把它们放在一起，这样结构就特别清晰。

③ 调 completion block

有时候一个函数分支比较多，可能某个小分支 return 之前就忘了调 completion block，结果导致出一个不易发现的 bug，这样写就很好的避免了这个问题：

func foo() 
defer 
self.completion = nil
  
if (succeed) 
self.completion(.success(result))
   else 
self.completion(.error(error))

④ 调 super 方法

可以在 super 方法之前做一些准备工作：

func override foo() 
defer 
super.foo()
  
// some preparation before super.foo()...

四、闭包中的循环引用

比如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实例，这样会发生引用循环。如下所示，Server 引用 Client ，而 Client 又引用 Server 导致的循环引用：

class Server 
    var clients : [Client] = []
    func add(client:Client)
        self.clients.append(client)
    


class Client 
    var server : Server!
    var server : Server!
  
    init (server : Server) 
        self.server = server
        self.server.add(client:self)

要想解决这个问题，也是像要打破这种循环，有两种解决办法：
- 弱引用weak：一个变量可以选择不持有对其引用对象的拥有权，弱引用可以是空(nil)；
- 无主引用unowned：像弱引用，无主引用对引用对象不保持很强的关系。和弱引用不同的是，无主引用总是被设定为一个值。因此，无主引用总是被设定为不可选择的类型。无主引用不可以是空。

class Client 
// 或者换成unowned
    weak var server : Server!
    init (server : Server) 
        self.server = server
        self.server.add(client:self)

以上是关于Swift之常见闭包与defer关键字的使用分析和闭包中的循环引用的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

Go语言基础：闭包_defer_recover

Swift之深入解析闭包Closures的使用和捕获变量的原理

Swift之“闭包”的应用

iOS开发-Swift进阶之闭包，使用&捕获原理！

iOS开发-Swift进阶之闭包，逃逸闭包 & 非逃逸闭包！