值捕获与捕获列表

前面我们一直把闭包当成一个临时的小函数用，但闭包有一个函数做不到的本领：它能把定义时所在环境里的常量和变量”抓”进自己身体里，即使那个环境早就不存在了，闭包还能继续用这些变量。这就是值捕获（capturing values）。

1-1 什么是值捕获

简单说，闭包可以捕获并持有它定义时上下文中的常量和变量。被捕获之后，闭包体内部就能引用、甚至修改这些变量的值，哪怕定义它们的那个作用域早就已经结束了。Swift 帮你把所有捕获相关的内存管理都打理好，你不用手动释放。

最容易理解的捕获例子是嵌套函数。嵌套函数定义在另一个函数内部，它能捕获外层函数的参数和局部变量：

func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
    var runningTotal = 0
    func incrementer() -> Int {
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }
    return incrementer
}

makeIncrementer 返回一个 incrementer 函数。注意，incrementer 体内并没有声明 runningTotal 和 amount，它却直接用了。它靠的是从外层 makeIncrementer 捕获了这两个值。关键在于：捕获的是”引用”。这样即使 makeIncrementer 的函数调用结束了，runningTotal 也不会消失，下次再调用 incrementer 时它还在。

1-2 捕获让闭包有了”记忆”

光看代码可能没感觉，跑起来才明白。用刚才的函数造一个每次加 10 的闭包：

let incrementByTen = makeIncrementer(forIncrement: 10)
incrementByTen()  // 返回 10
incrementByTen()  // 返回 20
incrementByTen()  // 返回 30

每调用一次，返回的数就比上次多 10。这说明 runningTotal 被闭包牢牢记住了，它不是每次都从 0 开始。你再造一个加 7 的闭包，它是独立的一份记忆：

let incrementBySeven = makeIncrementer(forIncrement: 7)
incrementBySeven()  // 返回 7
incrementByTen()    // 返回 40，不受 incrementBySeven 影响

两个闭包各自持有自己的 runningTotal，互不相干。这正是值捕获的威力：闭包把状态随身带着走。

1-3 闭包是引用类型带来的坑

上一章提过闭包是引用类型。把闭包赋给两个常量，它们指向同一个闭包，共享同一份捕获状态：

let alsoIncrementByTen = incrementByTen
alsoIncrementByTen()  // 返回 50
incrementByTen()      // 返回 60

这里 alsoIncrementByTen 和 incrementByTen 是同一个闭包的两个”把手”，调谁效果都一样。这个性质在配合类实例时要特别小心，稍不留神就会让类和闭包互相抓住不放，造成循环引用（retain cycle）。捕获取列表就是为此而生的。

1-4 捕获列表长什么样

捕获列表写在大括号开头、参数列表之前，用方括号包起来，里面列出你想以特殊方式捕获的东西。基本语法：

{ [捕获项1, 捕获项2] (参数) -> 返回类型 in
    语句
}

最常见的捕获项是 self，以及带修饰符的 [weak self]、[unowned self]。在逃逸闭包里引用类实例的 self 时，闭包会隐式强引用 self，很容易和实例形成循环。捕获列表的作用，就是改变这种引用的强度。

1-5 用 [weak] 和 [unowned] 打破循环

当闭包被赋值给某个类实例的属性，而闭包内部又用到了这个实例（比如引用 self.x），闭包和实例就互相持有，谁都释放不了。解决办法是在捕获列表里把 self 标成弱引用或无可引用：

class SomeClass {
    var x = 10
    var completion: (() -> Void)?
    func doSomething() {
        completion = { [self] in x = 100 }
    }
}

这里 [self] 仍然是强引用，只是显式写出来提醒自己”我捕获了 self”。真正要打破循环，得用 weak 或 unowned：

• [weak self]：捕获的是可选类型的弱引用。闭包内 self 可能已经是 nil，所以用时通常需要解包。
• [unowned self]：捕获的是无主引用，假定 self 一定还活着，访问时不会变成 nil，但一旦 self 真被释放了还去访问，会崩。

经验法则：如果闭包和实例生命周期不确定、可能互相先走一个，用 weak；如果你能确定闭包一定比实例活得短（比如闭包只在实例存活期间被调用），可以用 unowned。拿不准时，weak 更安全。

1-6 捕获列表还能指定值捕获

除了 weak/unowned，你也可以在捕获列表里写普通的名字，比如 [x]，这表示按值捕获当前时刻的 x 拷贝，而不是引用。这在你想”冻结”某个变量、避免后续修改影响闭包时很有用。捕获列表里的每一项可以是以下形式之一：

• 单纯名字 x，按引用或值取决于是否被修改；
• 弱引用 [weak x]；
• 无主引用 [unowned x]；
• 无主且安全 [unowned(safe) x] 或 不安全 [unowned(unsafe) x]。

1-7 捕获列表的细节与顺序

一个容易混淆的问题是：捕获列表里的项，到底是按值还是按引用捕获？规则是：如果你写单纯的名字（如 [x]），而 x 在闭包里会被修改，Swift 捕获的是引用；如果 x 不会被修改、且闭包创建后也不再变，Swift 可能改成捕获值的拷贝以作优化。写上 [weak x] 或 [unowned x] 时，捕获的当然是那个被弱化了的引用。理解这一点，你就不会奇怪”为什么有时候闭包里看到的外面变量是最新值，有时候又像被冻结了”。

另外要强调：捕获列表和闭包参数列表是两回事，别混在一起。捕获列表在最前面、用方括号；参数列表在捕获列表之后、用圆括号。完整顺序是 { [捕获列表] (参数) -> 返回 in 语句 }。初学者把 [weak self] 写在圆括号里是常见笔误，记住它在最外层的花括号一开头。

最后提醒：值捕获带来的循环引用，不只出现在逃逸闭包里，只要闭包被赋值给类实例的属性、且闭包内部又用到了那个实例，就可能形成环。捕获列表是解决它的标准手段，养成在闭包里引用 self 时先想一句”这里会不会成环”的习惯，能省掉无数后期的调试时间。

1-8 小结

值捕获让闭包能”记住”定义环境的变量，这正是它比普通函数灵活的地方。但引用捕获也带来循环引用隐患，捕获列表 [weak self]、[unowned self] 就是用来给这种强引用松绑的。关于逃逸闭包为何特别容易踩这个坑，下一章细说。