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2.2 翻譯+校對:SketchK 2016-05-12
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閉包是自包含的函數(shù)代碼塊,可以在代碼中被傳遞和使用。Swift 中的閉包與 C 和 Objective-C 中的代碼塊(blocks)以及其他一些編程語言中的匿名函數(shù)比較相似。
閉包可以捕獲和存儲其所在上下文中任意常量和變量的引用。被稱為包裹常量和變量。 Swift 會為你管理在捕獲過程中涉及到的所有內存操作。
注意 如果你不熟悉捕獲(capturing)這個概念也不用擔心,你可以在值捕獲章節(jié)對其進行詳細了解。
在函數(shù)章節(jié)中介紹的全局和嵌套函數(shù)實際上也是特殊的閉包,閉包采取如下三種形式之一:
Swift 的閉包表達式擁有簡潔的風格,并鼓勵在常見場景中進行語法優(yōu)化,主要優(yōu)化如下:
return
關鍵字嵌套函數(shù)是一個在較復雜函數(shù)中方便進行命名和定義自包含代碼模塊的方式。當然,有時候編寫小巧的沒有完整定義和命名的類函數(shù)結構也是很有用處的,尤其是在你處理一些函數(shù)并需要將另外一些函數(shù)作為該函數(shù)的參數(shù)時。
閉包表達式是一種利用簡潔語法構建內聯(lián)閉包的方式。閉包表達式提供了一些語法優(yōu)化,使得撰寫閉包變得簡單明了。下面閉包表達式的例子通過使用幾次迭代展示了 sorted(by:)
方法定義和語法優(yōu)化的方式。每一次迭代都用更簡潔的方式描述了相同的功能。
Swift 標準庫提供了名為 sorted(by:)
的方法,它會根據你所提供的用于排序的閉包函數(shù)將已知類型數(shù)組中的值進行排序。一旦排序完成,sorted(by:)
方法會返回一個與原數(shù)組大小相同,包含同類型元素且元素已正確排序的新數(shù)組。原數(shù)組不會被 sorted(by:)
方法修改。
下面的閉包表達式示例使用 sorted(by:)
方法對一個 String
類型的數(shù)組進行字母逆序排序。以下是初始數(shù)組:
let names = ["Chris", "Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]
sorted(by:)
方法接受一個閉包,該閉包函數(shù)需要傳入與數(shù)組元素類型相同的兩個值,并返回一個布爾類型值來表明當排序結束后傳入的第一個參數(shù)排在第二個參數(shù)前面還是后面。如果第一個參數(shù)值出現(xiàn)在第二個參數(shù)值前面,排序閉包函數(shù)需要返回true
,反之返回false
。
該例子對一個 String
類型的數(shù)組進行排序,因此排序閉包函數(shù)類型需為 (String, String) -> Bool
。
提供排序閉包函數(shù)的一種方式是撰寫一個符合其類型要求的普通函數(shù),并將其作為 sorted(by:)
方法的參數(shù)傳入:
func backward(_ s1: String, _ s2: String) -> Bool {
return s1 > s2
}
var reversedNames = names.sorted(by: backward)
// reversedNames 為 ["Ewa", "Daniella", "Chris", "Barry", "Alex"]
如果第一個字符串(s1
)大于第二個字符串(s2
),backward(_:_:)
函數(shù)會返回 true
,表示在新的數(shù)組中 s1
應該出現(xiàn)在 s2
前。對于字符串中的字符來說,“大于”表示“按照字母順序較晚出現(xiàn)”。這意味著字母 "B"
大于字母 "A"
,字符串 "Tom"
大于字符串 "Tim"
。該閉包將進行字母逆序排序,"Barry"
將會排在 "Alex"
之前。
然而,以這種方式來編寫一個實際上很簡單的表達式(a > b
),確實太過繁瑣了。對于這個例子來說,利用閉包表達式語法可以更好地構造一個內聯(lián)排序閉包。
閉包表達式語法有如下的一般形式:
{ (parameters) -> returnType in
statements
}
閉包表達式參數(shù) 可以是 in-out 參數(shù),但不能設定默認值。也可以使用具名的可變參數(shù)(譯者注:但是如果可變參數(shù)不放在參數(shù)列表的最后一位的話,調用閉包的時時編譯器將報錯??蓞⒖?a target="_blank">這里)。元組也可以作為參數(shù)和返回值。
下面的例子展示了之前 backward(_:_:)
函數(shù)對應的閉包表達式版本的代碼:
reversedNames = names.sorted(by: { (s1: String, s2: String) -> Bool in
return s1 > s2
})
需要注意的是內聯(lián)閉包參數(shù)和返回值類型聲明與 backward(_:_:)
函數(shù)類型聲明相同。在這兩種方式中,都寫成了 (s1: String, s2: String) -> Bool
。然而在內聯(lián)閉包表達式中,函數(shù)和返回值類型都寫在大括號內,而不是大括號外。
閉包的函數(shù)體部分由關鍵字in
引入。該關鍵字表示閉包的參數(shù)和返回值類型定義已經完成,閉包函數(shù)體即將開始。
由于這個閉包的函數(shù)體部分如此短,以至于可以將其改寫成一行代碼:
reversedNames = names.sorted(by: { (s1: String, s2: String) -> Bool in return s1 > s2 } )
該例中 sorted(by:)
方法的整體調用保持不變,一對圓括號仍然包裹住了方法的整個參數(shù)。然而,參數(shù)現(xiàn)在變成了內聯(lián)閉包。
因為排序閉包函數(shù)是作為 sorted(by:)
方法的參數(shù)傳入的,Swift 可以推斷其參數(shù)和返回值的類型。sorted(by:)
方法被一個字符串數(shù)組調用,因此其參數(shù)必須是 (String, String) -> Bool
類型的函數(shù)。這意味著 (String, String)
和 Bool
類型并不需要作為閉包表達式定義的一部分。因為所有的類型都可以被正確推斷,返回箭頭(->
)和圍繞在參數(shù)周圍的括號也可以被省略:
reversedNames = names.sorted(by: { s1, s2 in return s1 > s2 } )
實際上,通過內聯(lián)閉包表達式構造的閉包作為參數(shù)傳遞給函數(shù)或方法時,總是能夠推斷出閉包的參數(shù)和返回值類型。這意味著閉包作為函數(shù)或者方法的參數(shù)時,你幾乎不需要利用完整格式構造內聯(lián)閉包。
盡管如此,你仍然可以明確寫出有著完整格式的閉包。如果完整格式的閉包能夠提高代碼的可讀性,則我們更鼓勵采用完整格式的閉包。而在 sorted(by:)
方法這個例子里,顯然閉包的目的就是排序。由于這個閉包是為了處理字符串數(shù)組的排序,因此讀者能夠推測出這個閉包是用于字符串處理的。
單行表達式閉包可以通過省略 return
關鍵字來隱式返回單行表達式的結果,如上版本的例子可以改寫為:
reversedNames = names.sorted(by: { s1, s2 in s1 > s2 } )
在這個例子中,sorted(by:)
方法的參數(shù)類型明確了閉包必須返回一個 Bool
類型值。因為閉包函數(shù)體只包含了一個單一表達式(s1 > s2
),該表達式返回 Bool
類型值,因此這里沒有歧義,return
關鍵字可以省略。
Swift 自動為內聯(lián)閉包提供了參數(shù)名稱縮寫功能,你可以直接通過 $0
,$1
,$2
來順序調用閉包的參數(shù),以此類推。
如果你在閉包表達式中使用參數(shù)名稱縮寫,你可以在閉包定義中省略參數(shù)列表,并且對應參數(shù)名稱縮寫的類型會通過函數(shù)類型進行推斷。in
關鍵字也同樣可以被省略,因為此時閉包表達式完全由閉包函數(shù)體構成:
reversedNames = names.sorted(by: { $0 > $1 } )
在這個例子中,$0
和$1
表示閉包中第一個和第二個 String
類型的參數(shù)。
實際上還有一種更簡短的方式來編寫上面例子中的閉包表達式。Swift 的 String
類型定義了關于大于號(>
)的字符串實現(xiàn),其作為一個函數(shù)接受兩個 String
類型的參數(shù)并返回 Bool
類型的值。而這正好與 sorted(by:)
方法的參數(shù)需要的函數(shù)類型相符合。因此,你可以簡單地傳遞一個大于號,Swift 可以自動推斷出你想使用大于號的字符串函數(shù)實現(xiàn):
reversedNames = names.sorted(by: >)
更多關于運算符方法的內容請查看運算符方法。
如果你需要將一個很長的閉包表達式作為最后一個參數(shù)傳遞給函數(shù),可以使用尾隨閉包來增強函數(shù)的可讀性。尾隨閉包是一個書寫在函數(shù)括號之后的閉包表達式,函數(shù)支持將其作為最后一個參數(shù)調用。在使用尾隨閉包時,你不用寫出它的參數(shù)標簽:
func someFunctionThatTakesAClosure(closure: () -> Void) {
// 函數(shù)體部分
}
// 以下是不使用尾隨閉包進行函數(shù)調用
someFunctionThatTakesAClosure(closure: {
// 閉包主體部分
})
// 以下是使用尾隨閉包進行函數(shù)調用
someFunctionThatTakesAClosure() {
// 閉包主體部分
}
在閉包表達式語法一節(jié)中作為 sorted(by:)
方法參數(shù)的字符串排序閉包可以改寫為:
reversedNames = names.sorted() { $0 > $1 }
如果閉包表達式是函數(shù)或方法的唯一參數(shù),則當你使用尾隨閉包時,你甚至可以把 ()
省略掉:
reversedNames = names.sorted { $0 > $1 }
當閉包非常長以至于不能在一行中進行書寫時,尾隨閉包變得非常有用。舉例來說,Swift 的 Array
類型有一個 map(_:)
方法,這個方法獲取一個閉包表達式作為其唯一參數(shù)。該閉包函數(shù)會為數(shù)組中的每一個元素調用一次,并返回該元素所映射的值。具體的映射方式和返回值類型由閉包來指定。
當提供給數(shù)組的閉包應用于每個數(shù)組元素后,map(_:)
方法將返回一個新的數(shù)組,數(shù)組中包含了與原數(shù)組中的元素一一對應的映射后的值。
下例介紹了如何在 map(_:)
方法中使用尾隨閉包將 Int
類型數(shù)組 [16, 58, 510]
轉換為包含對應 String
類型的值的數(shù)組["OneSix", "FiveEight", "FiveOneZero"]
:
let digitNames = [
0: "Zero", 1: "One", 2: "Two", 3: "Three", 4: "Four",
5: "Five", 6: "Six", 7: "Seven", 8: "Eight", 9: "Nine"
]
let numbers = [16, 58, 510]
如上代碼創(chuàng)建了一個整型數(shù)位和它們英文版本名字相映射的字典。同時還定義了一個準備轉換為字符串數(shù)組的整型數(shù)組。
你現(xiàn)在可以通過傳遞一個尾隨閉包給 numbers
數(shù)組的 map(_:)
方法來創(chuàng)建對應的字符串版本數(shù)組:
let strings = numbers.map {
(number) -> String in
var number = number
var output = ""
repeat {
output = digitNames[number % 10]! + output
number /= 10
} while number > 0
return output
}
// strings 常量被推斷為字符串類型數(shù)組,即 [String]
// 其值為 ["OneSix", "FiveEight", "FiveOneZero"]
map(_:)
為數(shù)組中每一個元素調用了一次閉包表達式。你不需要指定閉包的輸入參數(shù) number
的類型,因為可以通過要映射的數(shù)組類型進行推斷。
在該例中,局部變量 number
的值由閉包中的 number
參數(shù)獲得,因此可以在閉包函數(shù)體內對其進行修改,(閉包或者函數(shù)的參數(shù)總是常量),閉包表達式指定了返回類型為 String
,以表明存儲映射值的新數(shù)組類型為 String
。
閉包表達式在每次被調用的時候創(chuàng)建了一個叫做 output
的字符串并返回。其使用求余運算符(number % 10
)計算最后一位數(shù)字并利用 digitNames
字典獲取所映射的字符串。這個閉包能夠用于創(chuàng)建任意正整數(shù)的字符串表示。
注意:
字典digitNames
下標后跟著一個嘆號(!
),因為字典下標返回一個可選值(optional value),表明該鍵不存在時會查找失敗。在上例中,由于可以確定number % 10
總是digitNames
字典的有效下標,因此嘆號可以用于強制解包 (force-unwrap) 存儲在下標的可選類型的返回值中的String
類型的值。
從 digitNames
字典中獲取的字符串被添加到 output
的前部,逆序建立了一個字符串版本的數(shù)字。(在表達式 number % 10
中,如果 number
為 16
,則返回 6
,58
返回 8
,510
返回 0
。)
number
變量之后除以 10
。因為其是整數(shù),在計算過程中未除盡部分被忽略。因此 16
變成了 1
,58
變成了 5
,510
變成了 51
。
整個過程重復進行,直到 number /= 10
為 0
,這時閉包會將字符串 output
返回,而 map(_:)
方法則會將字符串添加到映射數(shù)組中。
在上面的例子中,通過尾隨閉包語法,優(yōu)雅地在函數(shù)后封裝了閉包的具體功能,而不再需要將整個閉包包裹在 map(_:)
方法的括號內。
閉包可以在其被定義的上下文中捕獲常量或變量。即使定義這些常量和變量的原作用域已經不存在,閉包仍然可以在閉包函數(shù)體內引用和修改這些值。
Swift 中,可以捕獲值的閉包的最簡單形式是嵌套函數(shù),也就是定義在其他函數(shù)的函數(shù)體內的函數(shù)。嵌套函數(shù)可以捕獲其外部函數(shù)所有的參數(shù)以及定義的常量和變量。
舉個例子,這有一個叫做 makeIncrementer
的函數(shù),其包含了一個叫做 incrementer
的嵌套函數(shù)。嵌套函數(shù) incrementer()
從上下文中捕獲了兩個值,runningTotal
和 amount
。捕獲這些值之后,makeIncrementer
將 incrementer
作為閉包返回。每次調用 incrementer
時,其會以 amount
作為增量增加 runningTotal
的值。
func makeIncrementer(forIncrement amount: Int) -> () -> Int {
var runningTotal = 0
func incrementer() -> Int {
runningTotal += amount
return runningTotal
}
return incrementer
}
makeIncrementer
返回類型為 () -> Int
。這意味著其返回的是一個函數(shù),而非一個簡單類型的值。該函數(shù)在每次調用時不接受參數(shù),只返回一個 Int
類型的值。關于函數(shù)返回其他函數(shù)的內容,請查看函數(shù)類型作為返回類型。
makeIncrementer(forIncrement:)
函數(shù)定義了一個初始值為 0
的整型變量 runningTotal
,用來存儲當前總計數(shù)值。該值為 incrementer
的返回值。
makeIncrementer(forIncrement:)
有一個 Int
類型的參數(shù),其外部參數(shù)名為 forIncrement
,內部參數(shù)名為 amount
,該參數(shù)表示每次 incrementer
被調用時 runningTotal
將要增加的量。makeIncrementer
函數(shù)還定義了一個嵌套函數(shù) incrementer
,用來執(zhí)行實際的增加操作。該函數(shù)簡單地使 runningTotal
增加 amount
,并將其返回。
如果我們單獨考慮嵌套函數(shù) incrementer()
,會發(fā)現(xiàn)它有些不同尋常:
func incrementer() -> Int {
runningTotal += amount
return runningTotal
}
incrementer()
函數(shù)并沒有任何參數(shù),但是在函數(shù)體內訪問了 runningTotal
和 amount
變量。這是因為它從外圍函數(shù)捕獲了 runningTotal
和 amount
變量的引用。捕獲引用保證了 runningTotal
和 amount
變量在調用完 makeIncrementer
后不會消失,并且保證了在下一次執(zhí)行 incrementer
函數(shù)時,runningTotal
依舊存在。
注意 為了優(yōu)化,如果一個值不會被閉包改變,或者在閉包創(chuàng)建后不會改變,Swift 可能會改為捕獲并保存一份對值的拷貝。 Swift 也會負責被捕獲變量的所有內存管理工作,包括釋放不再需要的變量。
下面是一個使用 makeIncrementer
的例子:
let incrementByTen = makeIncrementer(forIncrement: 10)
該例子定義了一個叫做 incrementByTen
的常量,該常量指向一個每次調用會將其 runningTotal
變量增加 10
的 incrementer
函數(shù)。調用這個函數(shù)多次可以得到以下結果:
incrementByTen()
// 返回的值為10
incrementByTen()
// 返回的值為20
incrementByTen()
// 返回的值為30
如果你創(chuàng)建了另一個 incrementer
,它會有屬于自己的引用,指向一個全新、獨立的 runningTotal
變量:
let incrementBySeven = makeIncrementer(forIncrement: 7)
incrementBySeven()
// 返回的值為7
再次調用原來的 incrementByTen
會繼續(xù)增加它自己的 runningTotal
變量,該變量和 incrementBySeven
中捕獲的變量沒有任何聯(lián)系:
incrementByTen()
// 返回的值為40
注意:
如果你將閉包賦值給一個類實例的屬性,并且該閉包通過訪問該實例或其成員而捕獲了該實例,你將在閉包和該實例間創(chuàng)建一個循環(huán)強引用。Swift 使用捕獲列表來打破這種循環(huán)強引用。更多信息,請參考閉包引起的循環(huán)強引用。
上面的例子中,incrementBySeven
和 incrementByTen
都是常量,但是這些常量指向的閉包仍然可以增加其捕獲的變量的值。這是因為函數(shù)和閉包都是引用類型。
無論你將函數(shù)或閉包賦值給一個常量還是變量,你實際上都是將常量或變量的值設置為對應函數(shù)或閉包的引用。上面的例子中,指向閉包的引用 incrementByTen
是一個常量,而并非閉包內容本身。
這也意味著如果你將閉包賦值給了兩個不同的常量或變量,兩個值都會指向同一個閉包:
let alsoIncrementByTen = incrementByTen
alsoIncrementByTen()
// 返回的值為50
當一個閉包作為參數(shù)傳到一個函數(shù)中,但是這個閉包在函數(shù)返回之后才被執(zhí)行,我們稱該閉包從函數(shù)中逃逸。當你定義接受閉包作為參數(shù)的函數(shù)時,你可以在參數(shù)名之前標注 @escaping
,用來指明這個閉包是允許“逃逸”出這個函數(shù)的。
一種能使閉包“逃逸”出函數(shù)的方法是,將這個閉包保存在一個函數(shù)外部定義的變量中。舉個例子,很多啟動異步操作的函數(shù)接受一個閉包參數(shù)作為 completion handler。這類函數(shù)會在異步操作開始之后立刻返回,但是閉包直到異步操作結束后才會被調用。在這種情況下,閉包需要“逃逸”出函數(shù),因為閉包需要在函數(shù)返回之后被調用。例如:
var completionHandlers: [() -> Void] = []
func someFunctionWithEscapingClosure(completionHandler: @escaping () -> Void) {
completionHandlers.append(completionHandler)
}
someFunctionWithEscapingClosure(_:)
函數(shù)接受一個閉包作為參數(shù),該閉包被添加到一個函數(shù)外定義的數(shù)組中。如果你不將這個參數(shù)標記為 @escaping
,就會得到一個編譯錯誤。
將一個閉包標記為 @escaping
意味著你必須在閉包中顯式地引用 self
。比如說,在下面的代碼中,傳遞到 someFunctionWithEscapingClosure(_:)
中的閉包是一個逃逸閉包,這意味著它需要顯式地引用 self
。相對的,傳遞到 someFunctionWithNonescapingClosure(_:)
中的閉包是一個非逃逸閉包,這意味著它可以隱式引用 self
。
func someFunctionWithNonescapingClosure(closure: () -> Void) {
closure()
}
class SomeClass {
var x = 10
func doSomething() {
someFunctionWithEscapingClosure { self.x = 100 }
someFunctionWithNonescapingClosure { x = 200 }
}
}
let instance = SomeClass()
instance.doSomething()
print(instance.x)
// 打印出 "200"
completionHandlers.first?()
print(instance.x)
// 打印出 "100"
自動閉包是一種自動創(chuàng)建的閉包,用于包裝傳遞給函數(shù)作為參數(shù)的表達式。這種閉包不接受任何參數(shù),當它被調用的時候,會返回被包裝在其中的表達式的值。這種便利語法讓你能夠省略閉包的花括號,用一個普通的表達式來代替顯式的閉包。
我們經常會調用采用自動閉包的函數(shù),但是很少去實現(xiàn)這樣的函數(shù)。舉個例子來說,assert(condition:message:file:line:)
函數(shù)接受自動閉包作為它的 condition
參數(shù)和 message
參數(shù);它的 condition
參數(shù)僅會在 debug 模式下被求值,它的 message
參數(shù)僅當 condition
參數(shù)為 false
時被計算求值。
自動閉包讓你能夠延遲求值,因為直到你調用這個閉包,代碼段才會被執(zhí)行。延遲求值對于那些有副作用(Side Effect)和高計算成本的代碼來說是很有益處的,因為它使得你能控制代碼的執(zhí)行時機。下面的代碼展示了閉包如何延時求值。
var customersInLine = ["Chris", "Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]
print(customersInLine.count)
// 打印出 "5"
let customerProvider = { customersInLine.remove(at: 0) }
print(customersInLine.count)
// 打印出 "5"
print("Now serving \(customerProvider())!")
// Prints "Now serving Chris!"
print(customersInLine.count)
// 打印出 "4"
盡管在閉包的代碼中,customersInLine
的第一個元素被移除了,不過在閉包被調用之前,這個元素是不會被移除的。如果這個閉包永遠不被調用,那么在閉包里面的表達式將永遠不會執(zhí)行,那意味著列表中的元素永遠不會被移除。請注意,customerProvider
的類型不是 String
,而是 () -> String
,一個沒有參數(shù)且返回值為 String
的函數(shù)。
將閉包作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時,你能獲得同樣的延時求值行為。
// customersInLine is ["Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]
func serve(customer customerProvider: () -> String) {
print("Now serving \(customerProvider())!")
}
serve(customer: { customersInLine.remove(at: 0) } )
// 打印出 "Now serving Alex!"
上面的 serve(customer:)
函數(shù)接受一個返回顧客名字的顯式的閉包。下面這個版本的 serve(customer:)
完成了相同的操作,不過它并沒有接受一個顯式的閉包,而是通過將參數(shù)標記為 @autoclosure
來接收一個自動閉包。現(xiàn)在你可以將該函數(shù)當作接受 String
類型參數(shù)(而非閉包)的函數(shù)來調用。customerProvider
參數(shù)將自動轉化為一個閉包,因為該參數(shù)被標記了 @autoclosure
特性。
// customersInLine is ["Ewa", "Barry", "Daniella"]
func serve(customer customerProvider: @autoclosure () -> String) {
print("Now serving \(customerProvider())!")
}
serve(customer: customersInLine.remove(at: 0))
// 打印 "Now serving Ewa!"
注意 過度使用
autoclosures
會讓你的代碼變得難以理解。上下文和函數(shù)名應該能夠清晰地表明求值是被延遲執(zhí)行的。
如果你想讓一個自動閉包可以“逃逸”,則應該同時使用 @autoclosure
和 @escaping
屬性。@escaping
屬性的講解見上面的逃逸閉包。
// customersInLine i= ["Barry", "Daniella"]
var customerProviders: [() -> String] = []
func collectCustomerProviders(_ customerProvider: @autoclosure @escaping () -> String) {
customerProviders.append(customerProvider)
}
collectCustomerProviders(customersInLine.remove(at: 0))
collectCustomerProviders(customersInLine.remove(at: 0))
print("Collected \(customerProviders.count) closures.")
// 打印 "Collected 2 closures."
for customerProvider in customerProviders {
print("Now serving \(customerProvider())!")
}
// 打印 "Now serving Barry!"
// 打印 "Now serving Daniella!"
在上面的代碼中,collectCustomerProviders(_:)
函數(shù)并沒有調用傳入的 customerProvider
閉包,而是將閉包追加到了 customerProviders
數(shù)組中。這個數(shù)組定義在函數(shù)作用域范圍外,這意味著數(shù)組內的閉包能夠在函數(shù)返回之后被調用。因此,customerProvider
參數(shù)必須允許“逃逸”出函數(shù)作用域。