Как устроен механизм автоматического управления памятью (ARC) в языке Swift?

ARC (Automatic Reference Counting) автоматически отслеживает и управляет ссылками на экземпляры классов. Он освобождает память, занимаемую экземпляром, когда на него больше нет сильных ссылок. ARC работает только с экземплярами классов, не со структурами или перечислениями, так как они являются типами-значениями.

Три типа связей между экземплярами:

• Strong (Сильная): Связь, которая увеличивает счетчик ссылок на экземпляр. По умолчанию все ссылки являются сильными.
• Weak (Слабая): Связь, которая не увеличивает счетчик ссылок. Используется для предотвращения циклов сильных ссылок. Ссылки типа weak всегда опциональны, так как экземпляр может быть освобожден в любой момент.
• Unowned (Бесхозная): Связь, которая не увеличивает счетчик ссылок и используется, когда гарантировано, что связанный экземпляр будет существовать дольше текущего. Необязательно, но при попытке доступа к освобожденному экземпляру вызывает ошибку выполнения.

Циклы сильных ссылок возникают, когда два или более экземпляра класса имеют сильные ссылки друг на друга, предотвращая их освобождение ARC. Для разрешения циклов используются weak или unowned ссылки.

Пример цикла сильных ссылок:

class Person {
    let name: String
    var apartment: Apartment?

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    deinit { // вызывается при освобождении
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
}

class Apartment {
    let unit: String
    var tenant: Person?

    init(unit: String) {
        self.unit = unit
    }

    deinit { // вызывается при освобождении
        print("Apartment \(unit) is being deinitialized")
    }
}

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

john = nil
unit4A = nil // Ничего не на1печатается, так как произошел цикл сильных ссылок

Разрешение цикла сильных ссылок с использованием weak:

class Person {
    let name: String
    var apartment: Apartment?

    init(name: String) {
        self.name = name
    }

    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
}

class Apartment {
    let unit: String
    weak var tenant: Person? // Слабая ссылка на Person

    init(unit: String) {
        self.unit = unit
    }

    deinit {
        print("Apartment \(unit) is being deinitialized")
    }
}

var john: Person?
var unit4A: Apartment?

john = Person(name: "John Appleseed")
unit4A = Apartment(unit: "4A")

john!.apartment = unit4A
unit4A!.tenant = john

john = nil // Освобождает Person
unit4A = nil // Освобождает Apartment

Разрешение цикла сильных ссылок с использованием unowned:

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 // Бесхозная ссылка на Customer

    init(number: UInt64, customer: Customer) {
        self.number = number
        self.customer = customer
    }

    deinit {
        print("Card #\(number) is being deinitialized")
    }
}

var john: Customer?

john = Customer(name: "John Appleseed")
john!.card = CreditCard(number: 1234_5678_9012_3456, customer: john!)

john = nil // Освобождает Customer и CreditCard

ARC в замыканиях: Замыкания также могут создавать сильные циклы ссылок, захватывая экземпляры классов. Для предотвращения этого используются списки захвата ([weak self] или [unowned self]).

class HTMLElement {
    let name: String
    let text: String?

    lazy var asHTML: () -> String = { // lazy для возможности использовать self до инициализации
        [unowned self] in // Список захвата с "unowned self"
        if let text = self.text {
            return "<\(self.name)>\(text)</\(self.name)>"
        } else {
            return "<\(self.name) />"
        }
    }

    init(name: String, text: String? = nil) {
        self.name = name
        self.text = text
    }

    deinit {
        print("\(name) is being deinitialized")
    }
}

var paragraph: HTMLElement? = HTMLElement(name: "p", text: "hello, world")
print(paragraph!.asHTML())

paragraph = nil // Освобождает HTMLElement