Swift 中的值类型和引用类型

Swift 中的类型分为两类：值类型 和 引用类型。它们的行为方式不同，理解这种差异是理解 Swift 的重要组成部分。

如果您是编程新手，或者从其他语言转到 Swift，这些概念对您来说可能是新的。

在查看一些代码之前，这里有两种相同场景的变体，它们说明了值类型和引用类型行为方式之间的基本差异。

想象一下，您正在处理一个文档，可能是一份报告或一个电子表格，并且您想让朋友看一看。您可以通过两种常见的方式与您的朋友分享这份文档

您可以将文档的副本通过电子邮件发送给您的朋友。
如果文档在 Google Docs 或 iCloud 版 Pages 等服务中，您可以将文档的链接通过电子邮件发送给您的朋友。

在这两种情况下，您的朋友都能够阅读并更改您的文档，但存在 significant 差异。

当您向朋友发送副本时，您的朋友拥有文档的完全独立的副本。他们可以随意编辑文档，但这根本不会影响您的副本。

当您向朋友发送链接时，您发送的不是实际的文档。您发送的是指向云端文档的 URL。由于您和您的朋友都有指向同一文档的链接，因此您或您的朋友所做的任何更改都将被您双方看到。

共享文档副本与共享指向共享文档的链接之间的行为差异，非常类似于值类型和引用类型之间的行为差异。

值类型

在 Swift 中，结构体、枚举和元组都是值类型。它们的行为类似于向您的朋友发送文档的副本。

将值赋给常量或变量，或者将值传递给函数或方法，总是会创建值的副本。

在下面的代码中，声明了一个类型为 Document 的 struct，它具有一个属性 text。

创建了一个 Document 实例并将其赋值给 myDoc。

当将 myDoc 赋值给变量 friendDoc 时，原始实例被复制到一个新实例。

由于它是一个独立的实例，因此更改 friendDoc 的 text 不会影响 myDoc 的 text。

struct Document {
  var text: String
}

var myDoc = Document(text: "Great new article")
var friendDoc = myDoc

friendDoc.text = "Blah blah blah"

print(friendDoc.text) // prints "Blah blah blah"
print(myDoc.text) // prints "Great new article"

当您向朋友发送文档的副本时，您可以完全控制您的副本何时更改。您永远不必担心您的朋友对您的文档副本进行一些意外的更改。

类似地，对于值类型，您永远不必担心程序的其他部分会更改该值。

引用类型

在 Swift 中，类、actor 和闭包都是引用类型。它们的行为类似于向您的朋友发送指向共享文档的链接。

将引用类型赋值给常量或变量，或者将其传递给函数或方法时，始终是对已赋值或传递的共享实例的引用。

下面的代码与上面的示例相同，但有一个细微但重要的更改。 Document 类型现在声明为 class，而不是声明 struct。

这是一个很小的代码更改，但行为却发生了 significant 变化。

像之前一样，创建了一个 Document 实例并将其赋值给 myDoc。

但是现在，当将 myDoc 赋值给变量 friendDoc 时，它是对已赋值实例的引用。

由于它是对同一实例的引用，因此更改 friendDoc 的 text 会更新该共享实例，包括 myDoc 的值。

class Document {
  var text: String
}

var myDoc = Document(text: "Great new article")
var friendDoc = myDoc

friendDoc.text = "Blah blah blah"

print(friendDoc.text) // prints "Blah blah blah"
print(myDoc.text) // prints "Blah blah blah"

当您向朋友发送指向共享文档的链接时，您的朋友可以在您不知情的情况下更改文档。您可能依赖于您的文档保持不变。

类似地，对于引用类型，程序中任何具有引用的部分都可以进行更改。有时，意外的更改可能会导致错误。

局部推理

在上面的小代码示例中，您可以逐行阅读代码，了解如何将相同的引用分配给两个不同的变量，以及如何使用一个变量更改属性会更新两个变量引用的实例。

能够在单个位置查看代码并弄清楚发生了什么称为局部推理。

现在想象一个更大的程序，其中程序的不同部分都引用了同一个事物。您的代码可能会在某个位置设置一个值并依赖于该值，但随后在其他地方，程序的不相关部分可能会在您不知情的情况下更改该值。

从多个位置更改数据的正式名称是共享可变状态。共享是因为它可以从代码中的多个位置访问，可变是因为它可以更改，也称为 mutate，状态是数据的同义词，如“事物的当前状态”。

在这种情况下，如果不了解代码中许多不同位置可能发生的情况，您就无法完全理解代码的某个部分中正在发生的事情。您失去了进行局部推理的能力，这使得您的代码更难理解和调试。

使用值类型的一个优点是，您可以确定程序中的其他任何位置都不会影响该值。您可以推理您面前的代码，而无需知道其他地方正在发生什么。

这使您的代码更易于理解，并防止因意外或意外更改共享可变状态而导致的错误。

选择值类型还是引用类型

回到共享文档的示例，您和您的朋友都能够查看和编辑同一文档可能非常有用。

类似地，在程序中，有时引用类型提供的共享可变状态可能非常有用。引用类型本身并不坏，但如上所述，它们确实增加了额外的复杂性和出错的可能性。

一般来说，首选使用结构体而不是类。如果您不需要引用类型的行为，则无需承担额外的复杂性和陷阱。

文章选择结构体和类更详细地描述了权衡。

组合值类型

代码中常见的设计模式是组合，即将较小的元素组合在一起以创建较大的元素。

在 Swift 中，您可以轻松地将值类型组合在一起以创建更复杂的值类型。

因此，您可以定义一个结构体，其中包含一些基本类型，例如 String、Int、Bool，甚至可能是枚举值。由于结构体中的所有内容都是值类型，因此该结构体的行为类似于值类型。

您可能有一种类型，它是一个更复杂的结构体，其中包含第一个结构体的实例和一些其他值。同样，由于它由值类型组成，因此该结构体也是一个值类型。

集合是值类型

但在 Swift 中，组合值类型并不仅限于结构体和枚举。

尽管在许多语言中，数组和字典等集合是引用类型，但在 Swift 中，标准集合 Array、Dictionary 和 String 都是值类型。

这意味着结构体可以包含结构体数组，可能是键值对字典，一组枚举。只要所有内容都由值类型组成，即使是复杂类型的实例也被视为值。

结论

理解值类型和引用类型是什么，以及它们行为方式的差异，是学习 Swift 并能够推理代码的重要组成部分。两者之间的选择通常归结为将类型声明为 struct 还是 class 之间的选择。您可以在The Swift Programming Language的结构体和类章节中了解有关结构体和类的更多信息。