# 自动引用计数

本页包含内容：

-   自动引用计数的工作机制
-   自动引用计数实践
-   类实例间的强引用环
-   类实例间的强引用环分解
-   闭包的强引用环
-   闭包的强引用环分解

Swift使用自动引用计数(ARC)这一机制来跟踪和管理你的应用程序的内存。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。本章描述了这些情况，并且为你示范怎样启用ARC来管理你的应用程序的内存。

> 注意: 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会分配一大块内存用来储存实例的信息。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一，ARC都不会销毁这个实例。

为了使之成为可能，无论你将实例赋值给属性，常量或者是变量，属性，常量或者变量，都会对此实例创建强引用。之所以称之为强引用，是因为它会将实例牢牢的保持住，只要强引用还在，实例是不允许被销毁的。

## 自动引用计数实战

下面的例子展示了自动引用计数的工作机制。例子以一个简单的Person类开始，并定义了一个叫name的常量属性：

		class Person {
    		let name: String

				init(name: String) {
        		self.name = name
        		println("\(name) is being initialized")
    		}
    		
				deinit {
        		println("\(name) is being deinitialized")
    		}
		}

Person类有一个构造函数，此构造函数为实例的name属性赋值并打印出信息，以表明初始化过程生效。Person类同时也拥有析构函数，同样会在实例被销毁的时候打印出信息。

接下来的代码片段定义了三个类型为Person?的变量，用来按照代码片段中的顺序，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。

		var reference1: Person?
		var reference2: Person?
		var reference3: Person?

现在你可以创建Person类的新实例，并且将它赋值给三个变量其中的一个：

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

应当注意到当你调用Person类的构造函数的时候，"John Appleseed is being initialized”会被打印出来。由此可以确定构造函数被执行。

由于Person类的新实例被赋值给了reference1变量，所以reference1到Person类的新实例之间建立了一个强引用。正是因为这个强引用，ARC会保证Person实例被保持在内存中不被销毁。

如果你将同样的Person实例也赋值给其他两个变量，该实例又会多出两个强引用：

		reference2 = reference1
		reference3 = reference1

现在这个Person实例已经有三个强引用了。

如果你通过给两个变量赋值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：

    reference2 = reference1
    reference3 = reference1

ARC会在第三个，也即最后一个强引用被断开的时候，销毁Person实例，这也意味着你不再使用这个Person实例：

    reference3 = nil
    // prints "John Appleseed is being deinitialized"
    
## 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，我们可能会写出这样的代码，一个类永远不会有0个强引用。这种情况发生在两个类实例互相保持对方的强引用，并让对方不被销毁。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者无主引用，以此替代强引用，从而解决循环强引用的问题。具体的过程在[解决类实例之间的循环强引用](http://numbbbbb.github.io/the-swift-programming-language-in-chinese/chapter2/16_Automatic_Reference_Counting.html#1)中有描述。不管怎样，在你学习怎样解决循环强引用之前，很有必要了解一下它是怎样产生的。

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

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

每一个Person实例有一个类型为String，名字为name的属性，并有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。

类似的，每个Apartment实例有一个叫number，类型为Int的属性，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。这让你能够知晓Person和Apartment的实例是否像预期的那样被销毁。

接下来的代码片段定义了两个可选类型的变量john和number73,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，并为可选的：

    var john: Person?
    var number73: Apartment?

现在你可以创建特定的Person和Apartment实例并将类实例赋值给john和number73变量：

    john = Person(name: "John Appleseed")
    number73 = Apartment(number: 73)
    
在两个实例被创建和赋值后，下图表面了强引用的关系。变量john现在有一个指向Person实例的强引用，而变量number73有一个指向Apartment实例的强引用：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/referenceCycle01_2x.png)

现在你能够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。注意感叹号是用来展开和访问可选变量john和number73中的实例，这样实例的属性才能被赋值：

    john!.apartment = number73
    number73!.tenant = john
    
在将两个实例联系在一起之后，强引用的关系如图所示：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/referenceCycle02_2x.png)

不幸的是，将这两个实例关联在一起之后，一个循环强引用被创建了。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number73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：

    john = nil
    number73 = 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。强引用循环阻止了Person和Apartment类实例的销毁，并在你的应用程序中造成了内存泄漏。

在你将john和number73赋值为nil后，强引用关系如下图：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/referenceCycle03_2x.png)

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。

##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。

对于生命周期中会变为nil的实例使用弱引用。相反的，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。

## 弱引用

弱引用不会牢牢保持住引用的实例，并且不会阻止ARC销毁被引用的实例。这种行为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，那么弱引用可以阻止循环强引用。如果引用总是有值，则可以使用无主引用，在[无主引用](http://numbbbbb.github.io/the-swift-programming-language-in-chinese/chapter2/16_Automatic_Reference_Counting.html#2)中有描述。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。

因为弱引用可以没有值，你必须将每一个弱引用声明为可选类型。可选类型是在Swift语言中推荐的用来表示可能没有值的类型。

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，你永远也不会遇到被销毁了而不存在的实例。

下面的例子跟上面Person和Apartment的例子一致，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：

    class Person {
        let name: String
        init(name: String) { self.name = name }
        var apartment: Apartment?
        deinit { println("\(name) is being deinitialized") }
    }
 
    class Apartment {
        let number: Int
        init(number: Int) { self.number = number }
        weak var tenant: Person?
        deinit { println("Apartment #\(number) is being deinitialized") }
    }
    
然后跟之前一样，建立两个变量(john和number73)之间的强引用，并关联两个实例：

    var john: Person?
    var number73: Apartment?
 
    john = Person(name: "John Appleseed")
    number73 = Apartment(number: 73)
 
    john!.apartment = number73
    number73!.tenant = john
    
现在，两个关联在一起的实例的引用关系如下图所示：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/weakReference01_2x.png)

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：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/weakReference02_2x.png)

由于再也没有指向Person实例的强引用，该实例会被销毁：

    john = nil
    // 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number73。如果你断开这个强引用，再也没有指向Apartment实例的强引用了：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/weakReference03_2x.png)

由于再也没有指向Apartment实例的强引用，该实例也会被销毁：

    number73 = nil
    // prints "Apartment #73 is being deinitialized"
    
上面的两段代码展示了变量john和number73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。

##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(non-optional type)。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。

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展开。无主引用总是可以被直接访问。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，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。这种关系会潜在的创造循环强引用。

Customer和CreditCard之间的关系与前面弱引用例子中Apartment和Person的关系截然不同。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：

    class Customer {
        let name: String
        var card: CreditCard?
        init(name: String) {
            self.name = name
        }
        deinit { println("\(name) is being deinitialized") }
    }
    
    class CreditCard {
        let number: Int
        unowned let customer: Customer
        init(number: Int, customer: Customer) {
            self.number = number
            self.customer = customer
        }
        deinit { println("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!)
    
在你关联两个实例后，他们的引用关系如下图所示：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/unownedReference01_2x.png)

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：

![](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Art/unownedReference02_2x.png)

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
    // prints "John Appleseed is being deinitialized"
    // prints "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实例的构造函数都打印出了“销毁”的信息。

##无主引用以及显式展开的可选属性

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，并会潜在的产生循环强引用。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，并且初始化完成后不能为nil。在这种场景中，需要一个类使用无主属性，而另外一个类使用显示展开的可选属性。

这使两个属性在初始化完成后能被直接访问(不需要可选展开)，同事避免了循环引用。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，而每一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
        let 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。([在两阶段构造函数中有具体描述](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/Initialization.html#//apple_ref/doc/uid/TP40014097-CH18-XID_288))

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属性声明为显示展开的可选类型属性。这表示像其他可选类型一样，capitalCity属性的默认值为nil，但是不需要展开他的值就能访问它。([在显示展开的可选类型中有描述](https://developer.apple.com/library/prerelease/ios/documentation/Swift/Conceptual/Swift_Programming_Language/TheBasics.html#//apple_ref/doc/uid/TP40014097-CH5-XID_436))

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属性被后，Country的构造函数就能引用并传递显式的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。

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")
    println("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
    // prints "Canada's capital city is called Ottawa"
    
在上面的例子中，使用显示展开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，能作为非可选值使用同事还避免了循环强引用。

##闭包产生的循环强引用