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闭包捕捉(closure capture)浅析

根据Swift官方文档，闭包（closure）会自动捕捉其所在上下文中的外部变量，即使是定义这些变量的上下文已经消失。寥寥数字，其实已经将闭包捕捉说的足够清晰明了，只是其中隐含的诸如捕捉的具体含义、捕捉的时机、被捕捉变量的特性和捕捉列表的意义等细节，如不详加研究，使用闭包还是会错误百出，难以挥洒自如。

本文中所有代码均在playground中运行，若欲在实际项目中测试，需做部分修改，但基本逻辑和结论不变

————– 本文部分结论和例子根据部分读者意见做了修正更新，感谢他们 ————–

捕捉的含义

闭包捕捉等同于copy

闭包捕捉某个变量就意味着copy一份这个变量，值类型的变量直接复制值，引用类型的变量复制引用。复制后的变量名同被捕捉的变量，复制后的变量仍为变量，常量仍为常量。

看例子

值类型捕捉

import UIKit
struct Pet {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func printNameClosure() -> () -> Void {
        return {
            print(self.name)
        }
    }
}

var pet: Pet = Pet(name: "旺旺") 
let cl = pet.printNameClosure() //1
pet.name = "强强"
cl() //2

结构体Pet的实例方法 printNameClosure() 返回一个捕捉了 self 实例本身的闭包，Pet为值类型，因此//1行代码执行完成后，闭包 cl 复制了一份存储在变量 pet 中名为 旺旺 的Pet实例，那么当存储在变量 pet 的Pet实例改名为 强强 时，闭包 cl 所捕捉的Pet实例不变，名字仍为 旺旺 ，因此输出结果为：

旺旺

我想您应该会有疑问，为什么上述示例代码不写的更简洁些：

...//此行以前代码不变
var pet: Pet = Pet(name: "旺旺") 
let cl = {
    print(pet.name)
}
pet.name = "强强"
cl()

事实上，上述示例代码中的闭包 cl 并未捕捉任何变量，关于闭包捕捉发生的时机下文中会有详细介绍。

引用类型捕捉

import UIKit
class Pet {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func printNameClosure() -> () -> Void {
        return {
            print(self.name)
        }
    }
}

var pet: Pet = Pet(name: "旺旺") 
let cl = pet.printNameClosure() //1
pet.name = "强强"
cl() //2

这次Pet类型为类，是引用类型，因此//1行代码执行完成后，闭包 cl 复制了一份变量 pet 所指向的名为 旺旺 的Pet实例引用，此时变量 pet 与闭包 cl 捕捉的 pet 指向同一Pet实例，那么当变量 pet 所指向的Pet实例改名为 强强 时，闭包 cl 所捕捉的Pet实例名字也改为 强强 ，因此输出结果为：

强强

引用类型变量被捕捉后的特性

引用类型变量被捕捉意味着变量所指向的类的引用被复制，也即引用计数会加一，因此为强持有。

因为引用类型变量捕捉的强持有特性，有时候会产生引用环，导致内存泄漏，解决办法官网文档已有，这里不再赘述。

import UIKit
class Pet {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    func printNameClosure() -> () -> Void {
        return {
            print(self.name)
        }
    }
}

var pet: Pet? = Pet(name: "旺旺") 
let cl = pet?.printNameClosure() 
pet = nil //1
cl!()

闭包 cl 捕捉了变量 pet 所指向的Pet实例，而引用类型闭包捕捉为强持有，因此变量 pet 所指向的Pet实例的引用计数为2，那么当在//1行设置变量 pet 为 nil 时， pet 所指向的Pet实例的引用计数减为1，并不销毁，因此输出结果为：

旺旺

闭包捕捉发生的时机

当闭包所使用外部变量的作用域未结束时，闭包只是简单使用外部变量，并不捕捉。

看例子：

import UIKit
class Pet {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    deinit {
        print("/(name)升天了！")
    }
}
//someFunc函数内部是一个局部上下文
func someFunc() {
    //局部上下文1
    var pet: Pet? = Pet(name: "旺旺") 
    func printNameBlock() -> () -> Void {
        //局部上下文2
        return {
            print(pet?.name)
        }
    }

    let cl = printNameBlock()//1
    cl() //2
    pet = nil //3
    cl()
}

someFunc() //4

函数 someFunc() 的内部函数 printNameBlock() 返回一个闭包，被返回的闭包定义在 局部上下文2 中，并使用了 局部上下文1 中的变量 pet 。虽然//1行变量 cl 存储了内部函数 printNameBlock() 返回的闭包，但这个闭包从初始化到销毁整个生命周期中，并未脱离其使用的外部变量 pet 的作用域即 局部上下文1 ，那么闭包 cl 并不捕捉外部变量 pet 。因此当//3行设置 pet 为 nil 时，变量 pet 所指向的Pet实例变量被销毁，最终的输出结果为：

Optional("旺旺")
旺旺升天了！
nil

如果闭包所使用的外部变量的作用域结束，而闭包或因被返回，或作为参数传递给其他函数而仍然存在时，闭包自动捕捉其使用的外部变量。

看闭包被返回的例子

闭包被返回

import UIKit
class Pet {
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    deinit {
        print("/(name)升天了！")
    }
}
//someFunc函数内部是一个局部上下文
func someFunc() {
    //局部上下文1
    var pet: Pet? = Pet(name: "旺旺") 
    func printNameBlock() -> () -> Void {
        //局部上下文2
        let pet2 = pet
        return {
            print(pet2?.name)
        }
    }

    let cl = printNameBlock()//1
    cl() //2
    pet = nil //3
    cl()
}

someFunc() //4

上述示例与1）中示例相比，仅在内部函数 printNameBlock() 的 局部上下文2 中新增加了一个变量 pet2 ，指向 局部上下文1 中变量 pet 所指向的名为 旺旺 的Pet实例，内部函数 printNameBlock() 返回的闭包使用了变量 pet2 ，当这个闭包被返回时，其使用的外部变量 pet2 的作用域即 局部上下文2 也同时结束，因此变量 pet2 被捕捉。那么//1行执行结束后，闭包 cl 捕捉了变量 pet2 ，则变量 pet 所指向的名为 旺旺 的Pet实例的引用为2，当在//3行设置 pet 为 nil 时，其指向的名为 旺旺 的Pet实例的引用只是降为1而已，并不销毁，因此最后的输出结果为：

Optional("旺旺")
Optional("旺旺")
旺旺升天了

之所以仍然输出 旺旺升天了 ，是因为//4行 someFunc() 调用结束后，闭包 cl 被销毁，其捕捉的变量随即也都被销毁。

闭包被传递

在异步请求时，任务常常被包装为闭包，作为参数提交给GCD或NSOperationQueue执行。

import UIKit
struct Pet {
    //局部上下文1
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    mutating func changeNameTo(name: String) {
        //局部上下文2
        //异步
        let dispatchQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        dispatch_async(dispatchQueue) {
            //局部上下文3
            self.name = name
            sleep(1) //1
        }
    }
}

var pet = Pet(name: "旺旺") 
pet.changeNameTo("强强")
sleep(3) //2
print(pet.name) //3

上例中的Pet是一个struct，是个值类型，其实例方法 changNameTo(_:) 使用异步修改了自己的名字，异步的任务闭包使用了 局部上下文1 中的 self 即实例本身，但是否捕捉 self ，还取决于异步任务执行结束时， 局部上下文1 是否结束。在上述示例中，//1行使得闭包任务睡眠1s，因此保证了闭包任务执行结束时， 局部上下文2 已经结束，也即 局部上下文1 已经结束，因此闭包任务捕捉了 self 实例本身，//2行睡眠了3秒，保证了//3行输出Pet实例名字时，异步任务已经执行完成，但由于传入异步任务的闭包捕捉了 self
，因此并不能达到修改Pet名字的目的，输出结果为：

旺旺

稍微修改下，让 局部上下文2 睡眠1s。

import UIKit
struct Pet {
    //局部上下文1
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    mutating func changeNameTo(name: String) {
        //局部上下文2
        //异步
        let dispatchQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        dispatch_async(dispatchQueue) {
            //局部上下文3
            self.name = name
        }
        sleep(1) //1
    }
}

var pet = Pet(name: "旺旺") 
pet.changeNameTo("强强")
sleep(3) //2
print(pet.name) //3

由于//1行代码让 局部上下文2 睡眠1s，因此导致异步任务执行结束时， self 所在的 局部上下文1 仍在，那么异步任务闭包并不捕捉 self ，因此可以达到修改Pet名字的目的，那么输出结果为：

强强

如果将上述两个例子都改为同步，那么，根据同步的性质，同步任务闭包一定不捕捉 self :

import UIKit
struct Pet {
    //局部上下文1
    var name: String
    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    mutating func changeNameTo(name: String) {
        //局部上下文2
        //同步
        let dispatchQueue = dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0)
        dispatch_sync(dispatchQueue) {
            //局部上下文3
            self.name = name
             sleep(1) //1
        }
    }
}

var pet = Pet(name: "旺旺") 
pet.changeNameTo("强强")
sleep(3) //2
print(pet.name) //3

由于是同步任务，意味着 局部上下文2 一直会等到 局部上下文3 返回才返回，也即在 局部上下文3 执行时， 局部上下文2 一直未结束，因此同步任务闭包并不捕捉 self ，则结果为：

强强

需要注意的是，Swift中对值类型的使用达到了空前的程度，因此我们常用struct定义model，如果在model我们还异步请求数据，那么根据闭包的捕捉特性，可能请求了两年也不会有结果。如果改为引用类型，则没有这种隐患，因此如果模型需使用异步请求数据，定义时选择引用类型更合适。

闭包中如果定义了捕捉列表，闭包在定义时立即capture捕捉列表中所有变量，并将捕捉的变量一律改为常量，供自己实用。

闭包捕捉一般发生在所使用的外部常量所在上下文结束时，但如果闭包定义了捕捉列表，闭包在初始化时立即捕捉捕捉列表中的变量，并将捕捉的变量一律改为常量，这也是捕捉列表应有的意义。

对比两个示例，一个添加了捕捉列表，一个没有。

var i = 18
let cl = { //并未添加捕捉列表
    print(i)
}

i = 100
cl()

闭包 cl 所使用的外部变量 i 的局部作用域一直未结束，因此闭包 cl 只是简单的使用变量 i ，并不捕捉，无论 i 如何变， cl 调用时都会使用自己被调用时刻 i 的最新值，因此输出结果为：

如果添加捕捉列表：

var i = 18
let cl = { [i] in //添加了捕捉列表
    print(i)
}

i = 100
cl()

闭包 cl 所使用的外部变量 i 的局部作用域虽未结束，但由于闭包 cl 定义了捕捉列表，因此闭包 cl 在其定义完成时，即捕捉了变量 i ，copy了一份 i ，由于 i 是值类型，copy后与变量 i 不再有任何关系，因此输出结果：

当然由于捕捉列表中捕捉的变量均被改为常量，在闭包内无法修改捕捉变量的值：

var i = 18
let cl = { [i] in //添加了捕捉列表
    i = 56 //此行报错
    print(i)
}

i = 100
cl()

上述示例在闭包内部修改了捕捉变量 i 的值，但由于捕捉列表中的变量在捕捉后均被改为常量，因此会报错。

结论

经过上述分析，closure capture主要有四个特性，

1）闭包capture某个变量等于copy一份这个变量，值类型的变量直接复制值，引用类型的变量直接复制引用值，与函数中参数传递类似，复制后的变量名同被捕捉的变量。

2）如果闭包所使用的外部变量的作用域未结束，闭包只是简单使用这些外部变量，并不捕捉。

3）闭包捕捉发生在闭包所使用的外部变量的作用域结束，而闭包或因被返回，或作为参数传递给其他函数而仍然存在时。

第2和第3点讲的都是闭包捕捉的时机，其实可以总结为一句话，闭包捕捉发生在其所使用的外部变量即将销毁的时刻，也即你再不捕捉我就没了。这也意味着，当闭包捕捉多个外部变量，而这些外部变量的作用域不同时，闭包按照各个外部变量作用域结束的先后次序进行变量捕捉，并非一次性捕捉。

4）闭包中如果定义了捕捉列表，闭包在定义时立即capture捕捉列表中所有变量，并将捕捉的变量一律改为常量，供自己实用。

闭包捕捉苹果官方文档中介绍的非常简略，上述只是所有的特性也是我多番实验得出的结论，对于理解closure capture暂时应该是够了。

鸣谢

由于文章写的有点仓促，部分结论未经严谨论证就直接摆出来了，幸好部分网友大牛及时指正，真是无与伦比的感谢。他们是strider，小吻子,来扶爷试玩个波。非常感谢他们，也欢迎各路大神继续留言讨论批评指正。

原文 http://shellhue.github.io/2016/04/22/closureCapture/

正文到此结束

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值类型捕捉

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引用类型变量被捕捉后的特性

闭包捕捉发生的时机

当闭包所使用外部变量的作用域未结束时，闭包只是简单使用外部变量，并不捕捉。

闭包被返回

闭包被传递

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