Objective-C：内存管理

时间 2019-12-01

标签 objective 内存管理栏目 C&C++ 繁體版

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1 传统内存管理 ide

Objective-C对象的生命周期能够分为：建立、存在、消亡。函数

1.1 引用计数 ui

相似Java，Objective-C采用引用计算（reference counting）技术来管理对象的生命周期。每一个对象都定义有一个整数（称引用计数器）与之相关联，该数用以表示当前有多少个指针指向该对象。 spa

1.1.1 操做方法 3d

当某段代码须要访问一个对象时，该代码就将对象的保留计数值加1；当结束访问时就减1；若引用计数器减到0时，该对象将被销毁。引用计数器的值由以下三种操做进行控制：指针

1) 建立 code

当使用alloc、new方法或者经过copy消息（接收到消息的对象会建立一个自身的副本）建立一个对象时，对象的保留计数器值就被初始化为1。对象

2) 增长 blog

要增长对象的引用计数器值，能够给对象发送一条retain消息，即调用对象的retain方法。教程

3) 减小

要减小对象的引用计数器值，能够给对象发送一条release消息，即调用对象的release方法。

当一个对象因其引用计数器值为0时，将被系统销毁，从而系统自动给该对象发送一条dealloc消息。因此用户能够重载对象的dealloc方法，dealloc方法至关是C++的虚构函数，能够在该函数中释放申请的内存空间。

表 11 NSObject类内存管理方法

方法	描述
- (instancetype)retain	将引用计数器的值加1，可由用户调用。
- (oneway void)release	将引用计数器的值减1，可由用户调用。
- (NSUInteger)retainCount	获取引用计数器的值，可由用户调用。
- (instancetype)autorelease	将对象添加到自动释放池中，可由用户调用。
*- (struct _NSZone )**zone	复制方法。

以下所示是RetainTracker对象生命周期的引用计数器值：

1 int main ( int argc, const char * argv[])
2 {
3     RetainTracker * rt = [[RetainTracker alloc] init];
4     NSLog( @" alloc:%d ",[rt retainCount]);
5
6     [rt retain];
7     NSLog( @" retain:%d ",[rt retainCount]);
8
9     [rt release];
10     NSLog( @" release:%d ",[rt retainCount]);
11      return ( 0);
12 } // main

1.1.2 对象全部权

对象全部权是指实体的一种职责，当某个实体"拥有一个对象"时，就意味着该实体要负责对其拥有的对象进行清理。实体可能拥有对象的状况有：

若是一个对象内由指向其余对象的实例变量，则称该对象拥有这些对象；
若是一个函数建立了一个对象，则称该函数拥有这个对象。

1.1.3 访问方法

将类中的成员指针设置为指向一个外部对象，需经过retain和release方法来操做引用计数值，以下有3种操做方式：

1) 简单赋值

简单赋值方式，以下所示：

1 -( void) setEngine:(Engine*)newEngine
2 {
3 engine = [newEngine retain];
4 }
5 这种方式只增长引用计数值，而未减小计数值。致使当再次调用setEngine方法时，未减小原来成员指针的引用计数值。

2) 修复赋值

这种方式是对前一种方式的修复，即修复了未对原来成员变量的引用计数值进行减小操做，但仍存在问题，以下所示：

1 -( void) setEngine:(Engine*)newEngine
2 {
3 [engine release]; // 先减小引用计数器值
4 engine = [newEngine retain]; // 再增长引用计数器值
5 }
6 若newEngine和engine是同一个对象，而且引用计数值为1；那么当调用setEngine方法时，在调用release后，会销毁该对象，从而当接着调用retain后会报错。

3) 正确赋值

这种方式是正确的赋值方式，修复了前两种错误方式。即修复了未对原来成员指针的引用计数值操做，也修复了可能出现同一个指针的问题，以下所示：

1 -( void) setEngine:(Engine*)newEngine
2 {
3 [newEngine retain]; // 先增长引用计数器值
4 [engine release]; // 再减小引用计数器值
5 engine = newEngine;
6 }
7 这种方式保障了引用计数器值必定大于1，不会出现为0的状况。

1.2 自动释放池

内存管理是一个棘手的问题，如上述所示的setter方法的各类细微问题。因此Cocoa引入了自动释放池（autorelease pool）概念，这种方式是经过自动释放池来管理引用计数值的release操做。有两种方式建立自动释放池：

@autoreleasepool关键字
NSAutoreleasePool对象

1.2.1 使用方式

若要使用自动释放池来管理对象的release操做，只要在自动释放池的生命周期内调用被管理对象的autorelease方法，便可将对象的引用计数值委托自动释放池实体来管理，当自动释放池实体结束时，将会调用池中对象的release方法，而且只调用一次。以下所示：

1 -( void) autorelease
2 {
3     RetainTracker * rt = [[RetainTracker alloc] init];
4     [rt retain];
5     [rt retain];
6      NSLog( @" before:%d ",[rt retainCount]);
7
8     @autoreleasepool {
9         [rt autorelease];
10     }
11
12     NSLog( @" after:%d ",[rt retainCount]);
13 }
14 2016- 02- 07 10: 52: 36.920 ObjectC[ 725: 41864] before: 3
15 2016- 02- 07 10: 52: 36.921 ObjectC[ 725: 41864] after: 2
16 Program ended with exit code: 0

1) 关键字方式

@autoreleasepool方式的生命周期是从左花括号"｛"开始，直到右花括号"｝"结束，即执行到了右花括号时，那么将调用自动释放池中对象的release方法，来减小相应的引用计数值。

2) 对象方式

NSAutoreleasePool对象的生命周期是从调用其new方法来建立对象开始，直到调用池对象的release方法后，由系统调用释放池对象的dealloc方法后结束，即自动释放池在dealloc"虚构函数"中调用被管理对象的release方法来减小相应引用计数值。

1.2.2 释放池结构

自动释放池以栈的形式实现：当建立了一个新的自动释放池时，该池就被添加到栈顶中。因此若某个对象调用autorelease方法时，该对象将被放入最顶端（栈顶）的自动释放池中，而且栈顶下的释放池仍未被销毁，即被添加到栈顶下面释放池的对象仍未被释放。

若须要由自动释放池来管理大量对象时，用户能够手动销毁释放池，而后再建立新的池对象，以下所示：

1 NSAutoreleasePool *pool;
2 Pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
3 int i;
4 for(i = 0; i< 1000000;i++)
5 {
6 id object = [someArray objetcAtIndex: i];
7 [id autorelease];
8      NSString *desc = [ object description];
9       if(i% 1000)
10      {
11          [pool release];
12          pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
13      }
14 }
15 [pool release];

Cocoa也使用相似的方法来管理内存，当使用AppKit时，Cocoa会按期自动地为用户建立和销毁自动释放池。一般是在程序处理当前事件（如鼠标单击或鼠标按下）之后执行这些操做。

1.3 Cocoa内存管理规则

Cocoa有许多内存管理约定，它们简化了retain、release和autorelease的使用方法，这些规则有：

当使用new、alloc或copy方法建立一个对象时，该对象的引用计数值将被初始化为1。当再也不使用该对象时，应该向该对象发送一条release或autorelease消息。这样，该对象将在其使用寿命结束时被销毁。
当经过其余方法得到一个对象时，假设该对象的引用计数值为1，并且已经被设置为自动释放，那么用户不须要执行任何操做来确保该对象获得清理。若是打算在一段时间内拥有该对象，则须要保留它并确保在操做完成时释放它。

2 自动引用计数

自动引用计数为Automatic Reference Counting (ARC) ，是Objective-C提供了一种自动内存管理的功能。ARC不须要用户考虑retain和release操做，而是在编译期添加代码（retain和release等方法）来保障对象的生命周期，同时可为对象自动生成合适的dealloc方法。从而让用户专一那些感兴趣的代码。以下是引用计数器手动和自动的差别：

图 21 引用计数器的手动和自动实现的差别

自动的引用计数和手动引用计数方法是互斥的，即不能同时在应用程序中使用ARC技术和手动操做retain和release。如在图 22所示，若选择YES时（默认），则启动ARC功能；若NO，则关闭ARC功能。

图 22 ARC功能启动设置

2.1 强制规则

为了ARC能工做，强制规定了一些新规则，而且这些规则不能在其它编译器使用。若是用户违反了这些规则，那么将获得一个compile-time错误。这些规则为：

1) 不能显示调用dealloc方法，同时不能调用和重载retain、release、retainCount和autorelease方法。但能够重载dealloc方法，固然在dealloc方法中不能调用引用计数器管理方法，同时在dealloc方法中不能调用 [super dealloc]，父类的dealloc方法由编译器自动添加。

2) 不可以使用NSAllocateObject和NSDeallocateObject，但仍可以使用alloc方法建立对象。

3) 不可以使用NSAutoreleasePool对象，但可使用@autoreleasepool代码块。

4) 属性名次不能以new开头，好比说@property NSString ＊newString是不容许的。

5) 属性不能只有一个read-only而没有其它内存管理特性。若没有启用ARC功能，可使用@property (readonly) NSString *title语句，但若是启用来ARC功能，就必须指定由谁来管理内存。

6) 结构体（struct）和联合体（union）不能使用ROP做为成员，如struct {NSString *str}代码是不被容许.

ARC只对可保留的对象指针（ROPs）有效。可保留的对象指针主要有以下三种：

代码块指针；
Objective-C对象指针；
经过_attribute_((NSObject))类型定义的指针。

全部其它指针类型，好比char＊和CF对象都不支持ARC特性，若是使用的指针不支持ARC，那么必须手动管理这些对象空间。

2.2 变量修饰词

2.2.1 保留环

使用引用计数机制时，常常要注意的一个问题是"保留环"（retain cycle），即呈环状相互引用的多个对象。这将致使内存泄漏，由于循环中的对象其保留计数不会降为0。对于循环中的每一个对象来讲，至少还有另外一个对象引用着它。

如图 23所示，A的引用计数为2，而B的引用计数为1。当A的拥有者"云"release A后，A和B的引用计数都为1，致使二者都没法被释放。

图 23 引用计数保留环

2.2.2 修饰词

目前Objective-C提供4种修饰词（qualifier）来修饰变量，具体语义为：

表 21 Objective-C修饰词

类型	语义
__strong	默认修饰词，当有一个strong指针指向某对象，那么该对象将一直保持"活跃"状态；
__weak	其不能让被引用对象一直保持"活跃"状态。当某个被引对象没有__strong指针指向它时，那么其它对象以__weak类型指向上述对象的指针将被自动置为nil。
__unsafe_unretained	声明一个弱应用，可是不会自动nil化，也就是说，若是所指向的内存区域被释放了，这个指针就是一个野指针了。
__autoreleasing	用来修饰一个函数的参数，这个参数会在函数返回的时候被自动释放。

其使用形式为：

1 ClassName * qualifier variableName;
2 eg：
3 MyClass * __weak myWeakReference;

对于图 23所示的引用环能够采用弱引用解决，由于在指向的对象释放以后，这些弱引用就会被设置为nil。如图 24所示，带有__weak的引用环结构，当"云"向A发送release消息后，A的引用计数为0，从而释放A和B对象内存空间。

图 24 带有弱引用的环

2.3 Toll-Free Bridging管理

ARC仅支持可保留对象指针，而没法自动管理Core Foundation对象的空间，必须由用户手动调用CFRetain 和 CFRelease方法来管理Core Foundation对象。若是在Objective-C 和 Core Foundation-style 对象之间进行转换时，为了让ARC便于工做，那么须要告诉编译器哪一个对象是指针的拥有者。为此Objective-C使用了桥接转换（bridged cast）技术。

1) __bridge类型操做符

这种操做符是从ROP类型转换为non-ROP类型，但只传递指针并不会传递它的全部权，即指针的全部权仍在转换以前的对象上。以下所示：

1 NSString *theString = @" hello world ";
2 CFStringRef cfString = (__bridge CFStringRef)theString;
3 cfString接收了指令，但指针的全部权仍然由theString保留

2) __bridge_retained类型操做符

这种操做符将指针全部权从ROP上转移到non-ROP上。由于ARC只会注意到non-ROP，因此用户须要经过non-ROP手动释放其保留计数器的值。这个转换类型会给non-ROP对象的保留计数器加1，因此须要手动让它减1，这与标准的内存管理方式相同。以下所示：

1 NSString *theString = @" hello world ";
2 CFStringRef cfString = (__bridge_retained CFStringRef)theString;
3 cfString对象拥有指针而且它的保留计数为1，须要使用CFRetain和CFRelease来管理它的内存

3) __bridge_transfer类型操做符

这种转换符与上一个相反，它将全部权从non-ROP上转移到ROP上，从而ARC拥有对象并能确保它会像其它ARC对象同样获得释放。

3 参考文献

[1] Advanced Memory Management programming guide

[2] Transitioning to ARC Release Notes

[3] Objective-C基础教程（第2版）

[4] Effective Objective-C 2.0