Swift系列八 - 閉包-有解無憂

什么是閉包？閉包運算式又是什么？

一、閉包運算式（Closure Expression）

在Swift中，可以通過func定義一個函式，也可以通過閉包運算式定義一個函式，

1.1. 閉包運算式的格式

{
  (引數串列) -&gt; 回傳值型別 in
  函式體代碼
}

1.2. 閉包運算式和函式的比較

定義一個普通的函式：

func sum(_ v1: Int, _ v2: Int) -&gt; Int { v2 + v2 }
let result = sum(10, 20)
print(result)
// 輸出：30

定義閉包：

var sum = {
    (v1: Int, v2: Int) -&gt; Int in
    return v1 + v2
}
let result = sum(10, 20)
print(result)
// 輸出：30

1.3. 閉包運算式的簡寫

定義函式：

func exec(v1: Int, v2: Int, fn: (Int, Int) -&gt; Int) {
    print(fn(v1, v2))
}

要想使用exec函式，則必須傳入兩個Int型別的引數和一個回傳Int型別的函式，然后exec內部執行了傳入的函式，

func sum(_ a: Int, _ b: Int) -&gt; Int {
    return a + b
}

exec(v1: 10, v2: 20, fn: sum)
// 輸出：30

按照以往的知識，我們需要定義一個函式，然后把函式傳給exec就行了，其實我們也可以使用閉包運算式，

exec(v1: 10, v2: 20, fn: {
    (v1: Int, v2: Int) -&gt; Int in
    return v1 + v2
})
// 輸出：30

上面的閉包運算式還可以簡寫：

1.3.1. 簡寫一

省略引數型別和回傳值；
編譯器會自動推斷閉包運算式中引數型別和回傳值型別，

exec(v1: 10, v2: 20, fn: {
    v1, v2 in return v1 + v2
})
// 輸出：30

1.3.2. 簡寫二

如果函式的回傳值是一個單一運算式，可以省略return，

exec(v1: 10, v2: 20, fn: {
    v1, v2 in v1 + v2
})
// 輸出：30

1.3.3. 簡寫三

如果閉包運算式不想寫引數，可以使用美元符$序號代替，序號從0開始，代表引數位置，

exec(v1: 10, v2: 20, fn: { $0 + $1 })
// 輸出：30

1.3.4. 簡寫四（不建議）

簡單的閉包運算式還可以直接使用運算子代替，

exec(v1: 10, v2: 20, fn: +)
// 輸出：30

二、尾隨閉包

2.1. 特點一（最后一個實參）

如果將一個很長的閉包運算式作為函式的最后一個實參，使用尾隨閉包可以增強函式的可讀性，

尾隨閉包是一個被書寫在函式呼叫括號外面（后面）的閉包運算式，

以呼叫上面的exec函式為例：

exec(v1: 10, v2: 20) {
  $0 + $1
}
// 輸出：30

2.2. 特點二（唯一實參）

如果閉包運算式是函式的唯一實參，而且使用了尾隨閉包的語法，那就不需要在函式名后邊寫圓括號，

定義函式：

func exec(fn: (Int, Int) -&gt; Int) {
    print(fn(10, 20))
}

呼叫方式：

// 方式一：
exec(fn: { $0 + $1 })

// 方式二：
exec() { $0 + $1 }

// 方式三：
exec { $0 + $1 }

/*
 輸出：
 30
 30
 30
 */

三、閉包（Closure）

閉包和閉包運算式嚴格意義上來講并不是同一個概念，

一個函式和它所捕獲的變數/常量環境組合起來，稱為閉包，

一般指定義在函式內部的函式；
一般它捕獲的是外層函式的區域變數/常量，

示例代碼：

typealias Fn = (Int) -&gt; Int
func getFn() -&gt; Fn {
    var num = 0
    func plus(_ i: Int) -&gt; Int {
        num += 1
        return num
    }
    return plus
}
var fn = getFn()
print(fn(1))
print(fn(2))
print(fn(3))
print(fn(4))
/*
 輸出：
 1
 3
 6
 10
 */

為什么var num = 0作為區域變數還能一直累加？不是應該在函式執行完成后就被釋放了么？我們通過匯編一探究竟，

3.1. 匯編分析閉包

3.1.1. 如果內部函式沒有捕獲外部變數：

通過分析可以看到，函式回傳的是一個地址，也就是變數fn里面存放的是函式地址，

3.1.2. 如果內部函式捕獲外部變數：

匯編代碼就變得復雜一點了，并且出現了swift_allocObject關鍵字，也就意味著在堆空間申請了一塊記憶體，記憶體存放的是num的值，每次呼叫fn，訪問的num都是同一塊記憶體地址，所以才會出現區域變數也能一直累加的效果，

3.1.3. 證明`swift_allocObject`存放的是`num`：

第一步：源代碼斷點：

第二步：查看swift_allocObject回傳的地址：

第三步：查看rax地址存放的初始化值：

第四步：執行fn(1)后：

第五步：執行fn(2)后：

結論： 內部函式一旦捕獲了外部的區域變數，要想持續使用這個變數，就需要延遲變數的生命周期，所以在堆空間分配一塊記憶體來存放區域變數的值，

思考：為什么可以訪問同一塊記憶體空間？

var fn = getFn()fn占用16個位元組，前8個位元組存放回傳的函式地址（plus的封裝），后8個位元組存放堆空間（num）的地址，如果var fn2 = getFn()，fn1和fn2前8個位元組可能相同，不同的是后面的8個位元組，

3.2. 閉包和類的比較

可以把閉包想象成是一個類的實體物件，

記憶體在堆空間；
捕獲的區域變數/常量就是物件的成員（存盤屬性）；
組成閉包的函式就是類內部定義的方法，

class Closure {
    var num = 0
    func plus(_ i: Int) -&gt; Int {
        num += i
        return num
    }
}
var cs = Closure()
print(cs.plus(1))
print(cs.plus(2))
print(cs.plus(3))
print(cs.plus(4))
/*
 輸出：
 1
 3
 6
 10
 */

四、自動閉包

示例代碼：

// 如果第一個數大于0，回傳第一個數，否則回傳第二個數
func getFirst(_ v1: Int, _ v2: Int) -&gt; Int {
    return v1 &gt; 0 ? v1 : v2
}
getFirst(10, 20) // 10
getFirst(-2, 20) // 20
getFirst(0, -4) // -4

把上面的代碼修改如下：

func getNumber() -&gt; Int {
    print("getNumber")
    let a = 10
    let b = 10
    return a + b
}
let result1 = getFirst(10, getNumber())
print(result1)
/*
 輸出：
 getNumber
 10
 */

let result2 = getFirst(-1, getNumber())
print(result2)
/*
 輸出：
 getNumber
 20
 */

分析：不管第一個數是否大于0，都會執行第二個引數傳入的函式，這樣整體有點浪費（性能/空間），我們可以嘗試把函式第二個入參型別修改為函式型別，

優化代碼：

typealias VoidFunc = () -&gt; Int
func getFirst(_ v1: Int, _ v2: VoidFunc) -&gt; Int {
    print("getFirst")
    return v1 &gt; 0 ? v1 : v2()
}

func getNumber() -&gt; Int {
    print("getNumber")
    let a = 10
    let b = 10
    return a + b
}
getFirst(10, getNumber)
/*
 輸出：
 getFirst
 */

getFirst(-1, getNumber)
/*
 輸出：
 getFirst
 getNumber
 */

結果：只有需要的時候才會執行對應的代碼，

但是，如果這樣修改后，每次都需要傳入一個函式會有點麻煩，Swift提供了自動閉包功能，可以把普通變數自動包裹成閉包，這樣就能滿足上面代碼的所有的功能了，

關鍵字： @autoclosure
用法：在函式前面加上@autoclosure關鍵字即可，

自動閉包代碼：

typealias VoidFunc = () -&gt; Int
func getFirst(_ v1: Int, _ v2: @autoclosure VoidFunc) -&gt; Int {
    print("getFirst")
    return v1 &gt; 0 ? v1 : v2()
}

getFirst(10, 20) // 10
getFirst(-1, 10) // 10

自動閉包特點：

@autoclosure會將普通引數（例如，20）封裝成閉包{ 引數 }（例如，{ 20 }）；
@autoclosure只支持() -> T（無參有回傳值）格式的引數；
@autoclosure并非只支持最后一個引數，和位置沒有任何關系；
有@autoclosure、無@autoclosure，構成函式多載；
為了避免與期望沖突，使用了有@autoclosure的地方最好明確注釋清楚：這個值會被延遲執行（有可能不執行），

延伸： 空合并運算子??使用了@autoclosure技術，

public func ?? <t>(optional: T?, defaultValue: @autoclosure () throws -&gt; T?) rethrows -&gt; T?

五、應用

通過陣列的排序看下閉包運算式是如何使用的，

定義函式：

var arr = [20, 52, 19, 3, 80, 72]

3.1. 系統排序

在Swift中，Array為開發者提供了sort()排序函式，開發者可以直接使用，

arr.sort()
print(arr)
// 輸出：[3, 19, 20, 52, 72, 80]

3.2. 自定義排序

sort()是升序的，如果要降序呢？我們可以使用另外一個函式進行自定義排序，

Array提供的函式：

func sort(by areInIncreasingOrder: (Element, Element) throws -&gt; Bool) rethrows

可以看到，該函式讓傳入一個閉包運算式，使用規則如下：

回傳true：第一個元素排在第二個元素前面；
回傳false：第一個元素排在第二個元素后面，

呼叫方式一（普通函式）：

func compare(i1: Int, i2: Int) -&gt; Bool {
  return i1 &gt; i2
}
arr.sort(by: compare)
print(arr)
// 輸出：[80, 72, 52, 20, 19, 3]

呼叫方式二（閉包運算式）：

arr.sort(by: {
    (i1: Int, i2: Int) -&gt; Bool in
    return i1 &gt; i2
})
arr.sort(by: { i1, i2 in return i1 &gt; i2 })
arr.sort(by: { i1, i2 in i1 &gt; i2 })
arr.sort(by: { $0 &gt; $1 })
arr.sort(by: &gt;)
arr.sort() { $0 &gt; $1 }
arr.sort { $0 &gt; $1 }
// 輸出：[80, 72, 52, 20, 19, 3]

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一、閉包運算式（Closure Expression）

1.1. 閉包運算式的格式

1.2. 閉包運算式和函式的比較

1.3. 閉包運算式的簡寫

1.3.1. 簡寫一

1.3.2. 簡寫二

1.3.3. 簡寫三

1.3.4. 簡寫四（不建議）

二、尾隨閉包

2.1. 特點一（最后一個實參）

2.2. 特點二（唯一實參）

三、閉包（Closure）

3.1. 匯編分析閉包

3.1.1. 如果內部函式沒有捕獲外部變數：

3.1.2. 如果內部函式捕獲外部變數：

3.1.3. 證明swift_allocObject存放的是num：

3.2. 閉包和類的比較

四、自動閉包

五、應用

3.1. 系統排序

3.2. 自定義排序

3.1.3. 證明`swift_allocObject`存放的是`num`：