Swift ARC 自动引用计数

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5 分钟

Swift ARC 自动引用计数

2025-03-13

swift

Swift 中，自动引用计数（Automatic Reference Counting, ARC） 通过跟踪每个实例的引用数量，自动释放不再需要的对象内存，从而避免手动管理内存的复杂性。然而，理解 ARC 的工作原理及如何处理对象间的关系，是防止内存泄漏和构建高效应用的关键。

原理#

核心机制是：每当创建一个类实例时，系统会分配内存存储其属性及类型信息，并维护一个引用计数器。当实例被赋值给变量、常量或属性时，会建立强引用（Strong Reference），引用计数加1；当引用断开时，计数减1。当计数归零时，实例被释放。

示例：

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class Person {
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    let name: String
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    init(name: String) { self.name = name }
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    deinit { print("\(name)被释放") }
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}
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var person: Person? = Person(name: "张三")  // 引用计数=1
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person = nil  // 引用计数归零，触发析构器

此时输出：张三被释放。若多个变量引用同一实例，需所有引用断开后才会释放：

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var ref1: Person? = person
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var ref2: person
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ref1 = nil  // 引用计数仍为1
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ref2 = nil  // 计数归零，释放实例

循环强引用#

当两个类实例互相持有对方的强引用时，会导致循环强引用（Retain Cycle），使ARC无法正确释放内存。

场景示例：

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class Person {
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    var apartment: Apartment?
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}
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class Apartment {
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    var tenant: Person?
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}
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var john: Person? = Person(name: "John")
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var unit4A: Apartment? = Apartment(unit: "4A")
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john!.apartment = unit4A
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unit4A!.tenant = john  // 互相强引用
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john = nil  // 未触发析构
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unit4A = nil  // 仍未被释放

此时john和unit4A的引用计数始终为1，导致内存泄漏。

弱引用与无主引用#

Swift提供了两种方案打破循环引用：

弱引用（Weak Reference）
适用于生命周期较短的实例。弱引用不会增加引用计数，且当目标实例释放时自动置为nil。
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class Apartment {
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    weak var tenant: Person?  // 弱引用
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}
```
当john = nil时，tenant自动置为nil，Apartment实例随后被释放。
无主引用（Unowned Reference）
适用于生命周期相同或更长的实例。与弱引用不同，无主引用始终假定有值，不会自动置为nil。
```
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class CreditCard {
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    unowned let customer: Customer  // 无主引用
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}
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class Customer {
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    var card: CreditCard?
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}
```
CreditCard实例的生命周期不会超过关联的Customer，因此可安全使用无主引用。

闭包中的循环引用与捕获列表#

闭包作为引用类型，若在内部捕获self，也可能导致循环引用。例如：

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class HTMLElement {
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    lazy var asHTML: () -> String = {
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        return "<\(self.name)>\(self.text ?? "")</\(self.name)>"
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    }
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    // ...
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}

此时闭包持有self的强引用，而self也通过属性持有闭包，形成循环。

解决方案：使用捕获列表声明unowned或weak引用：

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lazy var asHTML: () -> String = { [unowned self] in
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    return "<\(self.name)>\(self.text ?? "")</\(self.name)>"
3
}

通过[unowned self]，闭包不再强持有self，打破循环。

特殊场景：隐式解包可选与无主引用#

在需要确保初始化顺序的场景中，可结合隐式解包可选类型和无主引用：

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class Country {
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    var capitalCity: City!  // 隐式解包可选
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    init(name: String, capitalName: String) {
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        self.capitalCity = City(name: capitalName, country: self)
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    }
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}
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class City {
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    unowned let country: Country  // 无主引用
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}