閉包 - Closures

閉包（Closures）

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(yǔ)言中的 lambdas 函數(shù)比較相似。

閉包可以捕獲和存儲(chǔ)其所在上下文中任意常量和變量的引用。這就是所謂的閉合并包裹著這些常量和變量，俗稱(chēng)閉包。Swift 會(huì)為您管理在捕獲過(guò)程中涉及到的所有內(nèi)存操作。

注意：如果您不熟悉捕獲（capturing）這個(gè)概念也不用擔(dān)心，您可以在 值捕獲 章節(jié)對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)了解。

在函數(shù) 章節(jié)中介紹的全局和嵌套函數(shù)實(shí)際上也是特殊的閉包，閉包采取如下三種形式之一：

• 全局函數(shù)是一個(gè)有名字但不會(huì)捕獲任何值的閉包
• 嵌套函數(shù)是一個(gè)有名字并可以捕獲其封閉函數(shù)域內(nèi)值的閉包
• 閉包表達(dá)式是一個(gè)利用輕量級(jí)語(yǔ)法所寫(xiě)的可以捕獲其上下文中變量或常量值的匿名閉包

Swift 的閉包表達(dá)式擁有簡(jiǎn)潔的風(fēng)格，并鼓勵(lì)在常見(jiàn)場(chǎng)景中進(jìn)行語(yǔ)法優(yōu)化，主要優(yōu)化如下：

• 利用上下文推斷參數(shù)和返回值類(lèi)型
• 隱式返回單表達(dá)式閉包，即單表達(dá)式閉包可以省略return關(guān)鍵字
• 參數(shù)名稱(chēng)縮寫(xiě)
• 尾隨（Trailing）閉包語(yǔ)法

閉包表達(dá)式（Closure Expressions）

嵌套函數(shù) 是一個(gè)在較復(fù)雜函數(shù)中方便進(jìn)行命名和定義自包含代碼模塊的方式。當(dāng)然，有時(shí)候撰寫(xiě)小巧的沒(méi)有完整定義和命名的類(lèi)函數(shù)結(jié)構(gòu)也是很有用處的，尤其是在您處理一些函數(shù)并需要將另外一些函數(shù)作為該函數(shù)的參數(shù)時(shí)。

閉包表達(dá)式是一種利用簡(jiǎn)潔語(yǔ)法構(gòu)建內(nèi)聯(lián)閉包的方式。閉包表達(dá)式提供了一些語(yǔ)法優(yōu)化，使得撰寫(xiě)閉包變得簡(jiǎn)單明了。下面閉包表達(dá)式的例子通過(guò)使用幾次迭代展示了sorted函數(shù)定義和語(yǔ)法優(yōu)化的方式。每一次迭代都用更簡(jiǎn)潔的方式描述了相同的功能。

sorted 函數(shù)（The Sorted Function）

Swift 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)提供了sorted函數(shù)，會(huì)根據(jù)您提供的基于輸出類(lèi)型排序的閉包函數(shù)將已知類(lèi)型數(shù)組中的值進(jìn)行排序。一旦排序完成，函數(shù)會(huì)返回一個(gè)與原數(shù)組大小相同的新數(shù)組，該數(shù)組中包含已經(jīng)正確排序的同類(lèi)型元素。

下面的閉包表達(dá)式示例使用sorted函數(shù)對(duì)一個(gè)String類(lèi)型的數(shù)組進(jìn)行字母逆序排序，以下是初始數(shù)組值：

    let names = ["Chris", "Alex", "Ewa", "Barry", "Daniella"]

sorted函數(shù)需要傳入兩個(gè)參數(shù)：

• 已知類(lèi)型的數(shù)組
• 閉包函數(shù)，該閉包函數(shù)需要傳入與數(shù)組類(lèi)型相同的兩個(gè)值，并返回一個(gè)布爾類(lèi)型值來(lái)告訴sorted函數(shù)當(dāng)排序結(jié)束后傳入的第一個(gè)參數(shù)排在第二個(gè)參數(shù)前面還是后面。如果第一個(gè)參數(shù)值出現(xiàn)在第二個(gè)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(duì)一個(gè)String類(lèi)型的數(shù)組進(jìn)行排序，因此排序閉包函數(shù)類(lèi)型需為(String, String) -> Bool。

提供排序閉包函數(shù)的一種方式是撰寫(xiě)一個(gè)符合其類(lèi)型要求的普通函數(shù)，并將其作為sort函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)傳入：

    func backwards(s1: String, s2: String) -> Bool {
        return s1 > s2
    }
    var reversed = sorted(names, backwards)
    // reversed 為 ["Ewa", "Daniella", "Chris", "Barry", "Alex"]

如果第一個(gè)字符串 (s1) 大于第二個(gè)字符串 (s2)，backwards函數(shù)返回true，表示在新的數(shù)組中s1應(yīng)該出現(xiàn)在s2前。對(duì)于字符串中的字符來(lái)說(shuō)，“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"。其將進(jìn)行字母逆序排序，"Barry"將會(huì)排在"Alex"之前。

然而，這是一個(gè)相當(dāng)冗長(zhǎng)的方式，本質(zhì)上只是寫(xiě)了一個(gè)單表達(dá)式函數(shù) (a > b)。在下面的例子中，利用閉合表達(dá)式語(yǔ)法可以更好的構(gòu)造一個(gè)內(nèi)聯(lián)排序閉包。

閉包表達(dá)式語(yǔ)法（Closure Expression Syntax）

閉包表達(dá)式語(yǔ)法有如下一般形式：

    { (parameters) -> returnType in
        statements
    }

閉包表達(dá)式語(yǔ)法可以使用常量、變量和inout類(lèi)型作為參數(shù)，不提供默認(rèn)值。也可以在參數(shù)列表的最后使用可變參數(shù)。元組也可以作為參數(shù)和返回值。

下面的例子展示了之前backwards函數(shù)對(duì)應(yīng)的閉包表達(dá)式版本的代碼：

    reversed = sorted(names, { (s1: String, s2: String) -> Bool in
        return s1 > s2
    })

需要注意的是內(nèi)聯(lián)閉包參數(shù)和返回值類(lèi)型聲明與backwards函數(shù)類(lèi)型聲明相同。在這兩種方式中，都寫(xiě)成了(s1: String, s2: String) -> Bool。然而在內(nèi)聯(lián)閉包表達(dá)式中，函數(shù)和返回值類(lèi)型都寫(xiě)在大括號(hào)內(nèi)，而不是大括號(hào)外。

閉包的函數(shù)體部分由關(guān)鍵字in引入。該關(guān)鍵字表示閉包的參數(shù)和返回值類(lèi)型定義已經(jīng)完成，閉包函數(shù)體即將開(kāi)始。

因?yàn)檫@個(gè)閉包的函數(shù)體部分如此短以至于可以將其改寫(xiě)成一行代碼：

    reversed = sorted(names, { (s1: String, s2: String) -> Bool in return s1 > s2 } )

這說(shuō)明sorted函數(shù)的整體調(diào)用保持不變，一對(duì)圓括號(hào)仍然包裹住了函數(shù)中整個(gè)參數(shù)集合。而其中一個(gè)參數(shù)現(xiàn)在變成了內(nèi)聯(lián)閉包（相比于backwards版本的代碼）。

根據(jù)上下文推斷類(lèi)型（Inferring Type From Context）

因?yàn)榕判蜷]包函數(shù)是作為sorted函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行傳入的，Swift可以推斷其參數(shù)和返回值的類(lèi)型。sorted期望第二個(gè)參數(shù)是類(lèi)型為(String, String) -> Bool的函數(shù)，因此實(shí)際上String,String和Bool類(lèi)型并不需要作為閉包表達(dá)式定義中的一部分。因?yàn)樗械念?lèi)型都可以被正確推斷，返回箭頭 (->) 和圍繞在參數(shù)周?chē)睦ㄌ?hào)也可以被省略：

    reversed = sorted(names, { s1, s2 in return s1 > s2 } )

實(shí)際上任何情況下，通過(guò)內(nèi)聯(lián)閉包表達(dá)式構(gòu)造的閉包作為參數(shù)傳遞給函數(shù)時(shí)，都可以推斷出閉包的參數(shù)和返回值類(lèi)型，這意味著您幾乎不需要利用完整格式構(gòu)造任何內(nèi)聯(lián)閉包。

單表達(dá)式閉包隱式返回（Implicit Return From Single-Expression Clossures）

單行表達(dá)式閉包可以通過(guò)隱藏return關(guān)鍵字來(lái)隱式返回單行表達(dá)式的結(jié)果，如上版本的例子可以改寫(xiě)為：

    reversed = sorted(names, { s1, s2 in s1 > s2 } )

在這個(gè)例子中，sorted函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)函數(shù)類(lèi)型明確了閉包必須返回一個(gè)Bool類(lèi)型值。因?yàn)殚]包函數(shù)體只包含了一個(gè)單一表達(dá)式 (s1 > s2)，該表達(dá)式返回Bool類(lèi)型值，因此這里沒(méi)有歧義，return關(guān)鍵字可以省略。

參數(shù)名稱(chēng)縮寫(xiě)（Shorthand Argument Names）

Swift 自動(dòng)為內(nèi)聯(lián)函數(shù)提供了參數(shù)名稱(chēng)縮寫(xiě)功能，您可以直接通過(guò)$0,$1,$2來(lái)順序調(diào)用閉包的參數(shù)。

如果您在閉包表達(dá)式中使用參數(shù)名稱(chēng)縮寫(xiě)，您可以在閉包參數(shù)列表中省略對(duì)其的定義，并且對(duì)應(yīng)參數(shù)名稱(chēng)縮寫(xiě)的類(lèi)型會(huì)通過(guò)函數(shù)類(lèi)型進(jìn)行推斷。in關(guān)鍵字也同樣可以被省略，因?yàn)榇藭r(shí)閉包表達(dá)式完全由閉包函數(shù)體構(gòu)成：

    reversed = sorted(names, { $0 > $1 } )

在這個(gè)例子中，$0和$1表示閉包中第一個(gè)和第二個(gè)String類(lèi)型的參數(shù)。

運(yùn)算符函數(shù)（Operator Functions）

實(shí)際上還有一種更簡(jiǎn)短的方式來(lái)撰寫(xiě)上面例子中的閉包表達(dá)式。Swift 的String類(lèi)型定義了關(guān)于大于號(hào) (>) 的字符串實(shí)現(xiàn)，其作為一個(gè)函數(shù)接受兩個(gè)String類(lèi)型的參數(shù)并返回Bool類(lèi)型的值。而這正好與sorted函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)需要的函數(shù)類(lèi)型相符合。因此，您可以簡(jiǎn)單地傳遞一個(gè)大于號(hào)，Swift可以自動(dòng)推斷出您想使用大于號(hào)的字符串函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

    reversed = sorted(names, >)

更多關(guān)于運(yùn)算符表達(dá)式的內(nèi)容請(qǐng)查看 運(yùn)算符函數(shù)。

尾隨閉包（Trailing Closures）

如果您需要將一個(gè)很長(zhǎng)的閉包表達(dá)式作為最后一個(gè)參數(shù)傳遞給函數(shù)，可以使用尾隨閉包來(lái)增強(qiáng)函數(shù)的可讀性。尾隨閉包是一個(gè)書(shū)寫(xiě)在函數(shù)括號(hào)之后的閉包表達(dá)式，函數(shù)支持將其作為最后一個(gè)參數(shù)調(diào)用。

    func someFunctionThatTakesAClosure(closure: () -> ()) {
        // 函數(shù)體部分
    }

    // 以下是不使用尾隨閉包進(jìn)行函數(shù)調(diào)用
    someFunctionThatTakesAClosure({
        // 閉包主體部分
    })

    // 以下是使用尾隨閉包進(jìn)行函數(shù)調(diào)用
    someFunctionThatTakesAClosure() {
        // 閉包主體部分
    }

注意：如果函數(shù)只需要閉包表達(dá)式一個(gè)參數(shù)，當(dāng)您使用尾隨閉包時(shí)，您甚至可以把()省略掉。

在上例中作為sorted函數(shù)參數(shù)的字符串排序閉包可以改寫(xiě)為：

    reversed = sorted(names) { $0 > $1 }

當(dāng)閉包非常長(zhǎng)以至于不能在一行中進(jìn)行書(shū)寫(xiě)時(shí)，尾隨閉包變得非常有用。舉例來(lái)說(shuō)，Swift 的Array類(lèi)型有一個(gè)map方法，其獲取一個(gè)閉包表達(dá)式作為其唯一參數(shù)。數(shù)組中的每一個(gè)元素調(diào)用一次該閉包函數(shù)，并返回該元素所映射的值(也可以是不同類(lèi)型的值)。具體的映射方式和返回值類(lèi)型由閉包來(lái)指定。

當(dāng)提供給數(shù)組閉包函數(shù)后，map方法將返回一個(gè)新的數(shù)組，數(shù)組中包含了與原數(shù)組一一對(duì)應(yīng)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(lèi)型數(shù)組[16,58,510]轉(zhuǎn)換為包含對(duì)應(yīng)String類(lèi)型的數(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(gè)數(shù)字位和它們名字映射的英文版本字典。同時(shí)定義了一個(gè)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換為字符串的整型數(shù)組。

您現(xiàn)在可以通過(guò)傳遞一個(gè)尾隨閉包給numbers的map方法來(lái)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的字符串版本數(shù)組。需要注意的時(shí)調(diào)用numbers.map不需要在map后面包含任何括號(hào)，因?yàn)槠渲恍枰獋鬟f閉包表達(dá)式這一個(gè)參數(shù)，并且該閉包表達(dá)式參數(shù)通過(guò)尾隨方式進(jìn)行撰寫(xiě)：

    let strings = numbers.map {
        (var number) -> String in
        var output = ""
        while number > 0 {
            output = digitNames[number % 10]! + output
            number /= 10
        }
        return output
    }
    // strings 常量被推斷為字符串類(lèi)型數(shù)組，即 String[]
    // 其值為 ["OneSix", "FiveEight", "FiveOneZero"]

map在數(shù)組中為每一個(gè)元素調(diào)用了閉包表達(dá)式。您不需要指定閉包的輸入?yún)?shù)number的類(lèi)型，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)要映射的數(shù)組類(lèi)型進(jìn)行推斷。

閉包number參數(shù)被聲明為一個(gè)變量參數(shù)（變量的具體描述請(qǐng)參看常量參數(shù)和變量參數(shù)），因此可以在閉包函數(shù)體內(nèi)對(duì)其進(jìn)行修改。閉包表達(dá)式制定了返回類(lèi)型為String，以表明存儲(chǔ)映射值的新數(shù)組類(lèi)型為String。

閉包表達(dá)式在每次被調(diào)用的時(shí)候創(chuàng)建了一個(gè)字符串并返回。其使用求余運(yùn)算符 (number % 10) 計(jì)算最后一位數(shù)字并利用digitNames字典獲取所映射的字符串。

注意：字典digitNames下標(biāo)后跟著一個(gè)嘆號(hào) (!)，因?yàn)樽值湎聵?biāo)返回一個(gè)可選值 (optional value)，表明即使該 key 不存在也不會(huì)查找失敗。在上例中，它保證了number % 10可以總是作為一個(gè)digitNames字典的有效下標(biāo) key。因此嘆號(hào)可以用于強(qiáng)制解析 (force-unwrap) 存儲(chǔ)在可選下標(biāo)項(xiàng)中的String類(lèi)型值。

從digitNames字典中獲取的字符串被添加到輸出的前部，逆序建立了一個(gè)字符串版本的數(shù)字。（在表達(dá)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?yàn)槠涫钦麛?shù)，在計(jì)算過(guò)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(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到number /= 10為0，這時(shí)閉包會(huì)將字符串輸出，而map函數(shù)則會(huì)將字符串添加到所映射的數(shù)組中。

上例中尾隨閉包語(yǔ)法在函數(shù)后整潔封裝了具體的閉包功能，而不再需要將整個(gè)閉包包裹在map函數(shù)的括號(hào)內(nèi)。

捕獲值（Capturing Values）

閉包可以在其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域已經(jīng)不存在，閉包仍然可以在閉包函數(shù)體內(nèi)引用和修改這些值。

Swift最簡(jiǎn)單的閉包形式是嵌套函數(shù)，也就是定義在其他函數(shù)的函數(shù)體內(nèi)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。

下例為一個(gè)叫做makeIncrementor的函數(shù)，其包含了一個(gè)叫做incrementor嵌套函數(shù)。嵌套函數(shù)incrementor從上下文中捕獲了兩個(gè)值，runningTotal和amount。之后makeIncrementor將incrementor作為閉包返回。每次調(diào)用incrementor時(shí)，其會(huì)以amount作為增量增加runningTotal的值。

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

makeIncrementor返回類(lèi)型為() -> Int。這意味著其返回的是一個(gè)函數(shù)，而不是一個(gè)簡(jiǎn)單類(lèi)型值。該函數(shù)在每次調(diào)用時(shí)不接受參數(shù)只返回一個(gè)Int類(lèi)型的值。關(guān)于函數(shù)返回其他函數(shù)的內(nèi)容，請(qǐng)查看函數(shù)類(lèi)型作為返回類(lèi)型。

makeIncrementor函數(shù)定義了一個(gè)整型變量runningTotal(初始為0) 用來(lái)存儲(chǔ)當(dāng)前跑步總數(shù)。該值通過(guò)incrementor返回。

makeIncrementor有一個(gè)Int類(lèi)型的參數(shù)，其外部命名為forIncrement， 內(nèi)部命名為amount，表示每次incrementor被調(diào)用時(shí)runningTotal將要增加的量。

incrementor函數(shù)用來(lái)執(zhí)行實(shí)際的增加操作。該函數(shù)簡(jiǎn)單地使runningTotal增加amount，并將其返回。

如果我們單獨(dú)看這個(gè)函數(shù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)看上去不同尋常：

    func incrementor() -> Int {
        runningTotal += amount
        return runningTotal
    }

incrementor函數(shù)并沒(méi)有獲取任何參數(shù)，但是在函數(shù)體內(nèi)訪問(wèn)了runningTotal和amount變量。這是因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)捕獲在包含它的函數(shù)體內(nèi)已經(jīng)存在的runningTotal和amount變量而實(shí)現(xiàn)。

由于沒(méi)有修改amount變量，incrementor實(shí)際上捕獲并存儲(chǔ)了該變量的一個(gè)副本，而該副本隨著incrementor一同被存儲(chǔ)。

然而，因?yàn)槊看握{(diào)用該函數(shù)的時(shí)候都會(huì)修改runningTotal的值，incrementor捕獲了當(dāng)前runningTotal變量的引用，而不是僅僅復(fù)制該變量的初始值。捕獲一個(gè)引用保證了當(dāng)makeIncrementor結(jié)束時(shí)候并不會(huì)消失，也保證了當(dāng)下一次執(zhí)行incrementor函數(shù)時(shí)，runningTotal可以繼續(xù)增加。

注意：Swift 會(huì)決定捕獲引用還是拷貝值。您不需要標(biāo)注amount或者runningTotal來(lái)聲明在嵌入的incrementor函數(shù)中的使用方式。Swift 同時(shí)也處理runingTotal變量的內(nèi)存管理操作，如果不再被incrementor函數(shù)使用，則會(huì)被清除。

下面代碼為一個(gè)使用makeIncrementor的例子：

    let incrementByTen = makeIncrementor(forIncrement: 10)

該例子定義了一個(gè)叫做incrementByTen的常量，該常量指向一個(gè)每次調(diào)用會(huì)加10的incrementor函數(shù)。調(diào)用這個(gè)函數(shù)多次可以得到以下結(jié)果：

    incrementByTen()
    // 返回的值為10
    incrementByTen()
    // 返回的值為20
    incrementByTen()
    // 返回的值為30

如果您創(chuàng)建了另一個(gè)incrementor，其會(huì)有一個(gè)屬于自己的獨(dú)立的runningTotal變量的引用。下面的例子中，incrementBySevne捕獲了一個(gè)新的runningTotal變量，該變量和incrementByTen中捕獲的變量沒(méi)有任何聯(lián)系：

    let incrementBySeven = makeIncrementor(forIncrement: 7)
    incrementBySeven()
    // 返回的值為7
    incrementByTen()
    // 返回的值為40

注意：如果您將閉包賦值給一個(gè)類(lèi)實(shí)例的屬性，并且該閉包通過(guò)指向該實(shí)例或其成員來(lái)捕獲了該實(shí)例，您將創(chuàng)建一個(gè)在閉包和實(shí)例間的強(qiáng)引用環(huán)。Swift 使用捕獲列表來(lái)打破這種強(qiáng)引用環(huán)。更多信息，請(qǐng)參考 閉包引起的循環(huán)強(qiáng)引用。

閉包是引用類(lèi)型（Closures Are Reference Types）

上面的例子中，incrementBySeven和incrementByTen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值。這是因?yàn)楹瘮?shù)和閉包都是引用類(lèi)型。

無(wú)論您將函數(shù)/閉包賦值給一個(gè)常量還是變量，您實(shí)際上都是將常量/變量的值設(shè)置為對(duì)應(yīng)函數(shù)/閉包的引用。上面的例子中，incrementByTen指向閉包的引用是一個(gè)常量，而并非閉包內(nèi)容本身。

這也意味著如果您將閉包賦值給了兩個(gè)不同的常量/變量，兩個(gè)值都會(huì)指向同一個(gè)閉包：

    let alsoIncrementByTen = incrementByTen
    alsoIncrementByTen()
    // 返回的值為50