26.4. 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。

当其他的实例有更短的生命周期时，使用弱引用，也就是说，当其他实例析构在先时。在上面公寓的例子中，很显然一个公寓在它的生命周期内会在某个时间段没有它的主人，所以一个弱引用就加在公寓类里面，避免循环引用。相比之下，当其他实例有相同的或者更长生命周期时，请使用无主引用。

弱引用不会对其引用的实例保持强引用，因而不会阻止 ARC 销毁被引用的实例。这个特性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。

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弱引用赋值为 nil。并且因为弱引用需要在运行时允许被赋值为 nil，所以它们会被定义为可选类型变量，而不是常量。

你可以像其他可选值一样，检查弱引用的值是否存在，这样可以避免访问已销毁的实例的引用。

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 { print("\(name) is being deinitialized") }
}
class Apartment {
    let unit: String
    init(unit: String) { self.unit = unit }
    weak var tenant: Person?
    deinit { print("Apartment \(unit) is being deinitialized") }
}

然后跟之前一样，建立两个变量（john 和 unit4A）之间的强引用，并关联两个实例：

var john: Person?
var unit4A: Apartment?
john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")
john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

现在，两个关联在一起的实例的引用关系如下图所示：

Person 实例依然保持对 Apartment 实例的强引用，但是 Apartment 实例只持有对 Person 实例的弱引用。这意味着当你通过把 john 变量赋值为 nil 而断开其所保持的强引用时，再也没有指向 Person 实例的强引用了：

john = nil
// 打印“John Appleseed is being deinitialized”

由于再也没有指向 Person 实例的强引用，该实例会被销毁，且 tenant 属性会被赋值为 nil：

唯一剩下的指向 Apartment 实例的强引用来自于变量 unit4A。如果你断开这个强引用，再也没有指向 Apartment 实例的强引用了：

unit4A = nil
// 打印“Apartment 4A is being deinitialized”

由于再也没有指向 Apartment 实例的强引用，该实例会被销毁：

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，无主引用在其他实例有相同或者更长的生命周期时使用。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。

无主引用通常都被期望拥有值。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。

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。这种关系可能会造成循环强引用。

Customer 和 CreditCard 之间的关系与前面弱引用例子中 Apartment 和 Person 的关系略微不同。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 构造器的方式来创建 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 { print("\(name) is being deinitialized") }
}
class CreditCard {
    let number: UInt64
    unowned let customer: Customer
    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }
    deinit { print("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，它们的引用关系如下图所示：

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：

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
// 打印“John Appleseed is being deinitialized”
// 打印“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 实例的析构器都打印出了“销毁”的信息。

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，这也可能会产生循环强引用。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，并且初始化完成后永远不会为 nil。在这种场景中，需要一个类使用无主属性，而另外一个类使用隐式解包可选值属性。

这使两个属性在初始化完成后能被直接访问（不需要可选解包），同时避免了循环引用。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，每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
    var 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 的构造器接受一个 Country 实例作为参数，并且将实例保存到 country 属性。

Country 的构造器调用了 City 的构造器。然而，只有 Country 的实例完全初始化后，Country 的构造器才能把 self 传给 City 的构造器。在 两段式构造过程 中有具体描述。

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 属性声明为隐式解包可选值类型的属性。这意味着像其他可选类型一样，capitalCity 属性的默认值为 nil，但是不需要解包它的值就能访问它。在 隐式解析可选类型 中有描述。

由于 capitalCity 默认值为 nil，一旦 Country 的实例在构造器中给 name 属性赋值后，整个初始化过程就完成了。这意味着一旦 name 属性被赋值后，Country 的构造器就能引用并传递隐式的 self。Country 的构造器在赋值 capitalCity 时，就能将 self 作为参数传递给 City 的构造器。

上述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解包它的可选值：

var country = Country(name: "Canada", capitalName: "Ottawa")
print("\(country.name)'s capital city is called \(country.capitalCity.name)")
// 打印“Canada's capital city is called Ottawa”

在上面的例子中，使用隐式解包可选值值意味着满足了类的构造器的两个构造阶段的要求。capitalCity 属性在初始化完成后，能像非可选值一样使用和存取，同时还避免了循环强引用。