Swift (八)

泛型

泛型版本的函数使用占位符类型名(这里叫做 T ),而不是 实际类型名(例如 Int、String 或 Double),占位符类型名并不关心 T 具体的类型,但它要求 a 和b 必须是相同的类型,T 的实际类型由每次调用 swapTwoValues(_:_:) 来决定。

泛型函数和非泛型函数的另外一个不同之处在于这个泛型函数名(swapTwoValues(_:_:))后面跟着占位类型名(T),并用尖括号括起来(<T>)。这个尖括号告诉 Swift 那个 T 是 swapTwoValues(_:_:) 函数定义内的一个占位类型名,因此 Swift 不会去查找名为 T的实际类型。

自动引用计数:引用计数仅仅应用于类的实例。结构体和枚举类型是值类型,不是引用类型,也不是通过引用的方式存储和传递

自动引用计数的工作机制 :当你每次创建一个类的新的实例的时候,ARC 会分配一块内存来储存该实例信息。内存中会包含实例的类型信息,以及这个实例所有相关的存储型属性的值。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。哪怕实例的引用数为 1,ARC 都不会销毁这个实例。

为了使上述成为可能,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地保持住,只要强引用还在,实例是不允许被销毁的。

弱引用:当 ARC 设置弱引用为 nil 时,属性观察不会被触发。

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: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。

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。


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。

闭包的循环强引用: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时。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,你是将这个闭包的引用赋值给了属性。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(closure capture list)。

闭包的循环强引用: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时。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。

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: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:

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:

弱引用和无主引用:在闭包和捕获的实例总是互相引用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。


内存安全

默认情况下,Swift 会阻止你代码里不安全的行为。例如,Swift 会保证变量在使用之前就完成初始化,在内存被回收之后就无法被访问,并且数组的索引会做越界检查。

理解内存访问冲突

内存访问的冲突会发生在你的代码尝试同时访问同一个存储地址的时侯。同一个存储地址的多个访问同时发生会造成不可预计或不一致的行为。在 Swift 里,有很多修改值的行为都会持续好几行代码,在修改值的过程中进行访问是有可能发生的。

内存访问性质 

内存访问冲突时,要考虑内存访问上下文中的这三个性质:访问是读还是写,访问的时长,以及被访问的存储地址。特别是,冲突会发生在当你有两个访问符合下列的情况:

1.至少有一个是写访问

2.它们访问的是同一个存储地址

3.它们的访问在时间线上部分重叠

正常来说,两个瞬时访问是不可能同时发生的。大多数内存访问都是瞬时的。然而,有几种被称为长期访问的内存访问方式,会在别的代码执行时持续进行。瞬时访问和长期访问的区别在于别的代码有没有可能在访问期间同时访问,也就是在时间线上的重叠。一个长期访问可以被别的长期访问或瞬时访问重叠。

重叠的访问主要出现在使用 in-out 参数的函数和方法或者结构体的 mutating 方法里。Swift 代码里典型的长期访问会在后面进行讨论。

In-Out 参数的访问冲突:一个函数会对它所有的 in-out 参数进行长期写访问。in-out 参数的写访问会在所有非 in-out 参数处理完之后开始,直到函数执行完毕为止。如果有多个 in-out 参数,则写访问开始的顺序与参数的顺序一致。

解决这个冲突的一种方式,是显示拷贝一份 

属性的访问冲突

限制结构体属性的重叠访问对于保证内存安全不是必要的。保证内存安全是必要的,但因为访问独占权的要求比内存安全还要更严格——意味着即使有些代码违反了访问独占权的原则,也是内存安全的,所以如果编译器可以保证这种非专属的访问是安全的,那 Swift 就会允许这种行为的代码运行。特别是当你遵循下面的原则时,它可以保证结构体属性的重叠访问是安全的:

你访问的是实例的存储属性,而不是计算属性或类的属性

结构体是本地变量的值,而非全局变量

结构体要么没有被闭包捕获,要么只被非逃逸闭包捕获了

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