Swift 中值类型与引用类型在闭包捕获时的行为差异及内存管理

题目

Swift 中值类型与引用类型在闭包捕获时的行为差异及内存管理

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐⭐

考点

值类型与引用类型的区别,闭包捕获语义,内存管理（循环引用）,逃逸闭包与非逃逸闭包

快速回答

在 Swift 中，值类型（如结构体）和引用类型（如类）在闭包捕获时存在关键差异：

• 值类型被闭包捕获时默认创建独立副本，闭包内修改不影响原始值
• 引用类型捕获会建立强引用，可能导致循环引用
• 必须使用[weak self]或[unowned self]捕获列表解决引用类型的循环引用问题
• 逃逸闭包需要显式使用self，非逃逸闭包可隐式捕获

原理说明

Swift 中值类型（结构体、枚举、元组）和引用类型（类）在闭包捕获时有本质区别：

• 值类型捕获：闭包创建时捕获当前值的快照（独立副本），闭包内外相互隔离
• 引用类型捕获：闭包持有对象的强引用，延长对象生命周期
• 捕获列表：显式控制捕获行为（[x]复制值类型，[weak y]打破强引用）
• 逃逸闭包：生命周期长于函数作用域（需标记 @escaping），必须考虑内存管理

代码示例

// 值类型捕获示例
struct Counter {
    var count = 0
}

var counter = Counter()
let closure = { 
    counter.count += 1  // 修改的是外部 counter 的副本
    print("Inside: \(counter.count)")
}

closure()  // 输出：Inside: 1
print("Outside: \(counter.count)")  // 输出：Outside: 0（原始值未变）

// 引用类型捕获与循环引用
class ViewController {
    var onTap: (() -> Void)?
    var resource: HeavyResource

    init() { 
        resource = HeavyResource()
        // 循环引用：self → onTap → self
        onTap = { 
            self.resource.use()  // 强引用 self
        }
    }

    deinit { print("ViewController deallocated") } // 永远不会执行
}

// 解决方案：使用捕获列表
onTap = { [weak self] in
    guard let self = self else { return }
    self.resource.use()
}

// 值类型显式捕获
var value = 42
let closure = { [value] in  // 捕获当前值快照
    print("Captured value: \(value)")  // 永远是 42
}
value = 100
closure()  // 输出：Captured value: 42

最佳实践

• 对引用类型始终使用[weak self]或[unowned self]捕获列表
• 值类型需修改外部变量时，使用inout参数而非捕获
• 优先使用非逃逸闭包（默认），编译器可优化内存
• 使用guard let self = self else { return }安全解包
• 避免在闭包内修改捕获的值类型变量（除非明确需要副作用）

常见错误

• 忘记在逃逸闭包中使用[weak self]导致循环引用
• 误用[unowned self]当对象可能已释放（引起崩溃）
• 认为值类型捕获会自动同步修改（实际创建独立副本）
• 在闭包内修改函数参数（需声明为inout）
• 混淆值类型属性的存储方式（当值类型包含引用类型时）

扩展知识

• 闭包捕获机制：闭包通过引用环境存储捕获变量（值类型存副本，引用类型存指针）
• 内存结构：闭包本质是堆分配对象，包含函数指针和捕获上下文
• ARC 影响：捕获的引用类型会计入 ARC 引用计数
• @escaping 语义：编译器强制显式使用self提醒内存风险
• 值类型包含引用：如结构体包含类实例，捕获结构体会同时强引用该类实例
• 局部函数：默认捕获外层变量，行为与闭包一致