objective - c 内存管理机制

时间 2019-11-11

原文原文链接

版本1.1 发表于2010-03-08 xcode

前言 iphone

初学objectice-C的朋友都有一个困惑，总以为对objective-C的内存管理机制琢磨不透，程序常常内存泄漏或莫名其妙的崩溃。我在这里总结了本身对objective-C内存管理机制的研究成果和经验，写了这么一个由浅入深的教程。但愿对你们有所帮助，也欢迎你们一块儿探讨。函数

此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。工具

一基本原理 oop

Objective-C的内存管理机制与.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制是不一样的，它本质上仍是C语言中的手动管理方式，只不过稍微加了一些自动方法。 ui

1 Objective-C的对象生成于堆之上，生成以后，须要一个指针来指向它。 spa

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; .net

2 Objective-C的对象在使用完成以后不会自动销毁，须要执行dealloc来释放空间（销毁），不然内存泄露。

[obj1 dealloc];

这带来了一个问题。下面代码中obj2是否须要调用dealloc？

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

ClassA *obj2 = obj1;

[obj1 hello]; //输出hello

[obj1 dealloc];

[obj2 hello]; //可以执行这一行和下一行吗？

[obj2 dealloc];

不能，由于obj1和obj2只是指针，它们指向同一个对象，[obj1 dealloc]已经销毁这个对象了，不能再调用[obj2hello]和[obj2dealloc]。obj2其实是个无效指针。

如何避免无效指针？请看下一条。

3 Objective-C采用了引用计数(refcount或者retaincount)。对象的内部保存一个数字，表示被引用的次数。例如，某个对象被两个指针所指向（引用）那么它的retaincount为2。须要销毁对象的时候，不直接调用dealloc，而是调用release。release会让retaincount减1，只有retaincount等于0，系统才会调用dealloc真正销毁这个对象。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //对象生成时，retaincount = 1

[obj1 release]; //release使retain count减1，retain count = 0，dealloc自动被调用,对象被销毁

咱们回头看看刚刚那个无效指针的问题，把dealloc改为release解决了吗？

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1

ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj1 hello]; //输出hello

[obj1 release]; //retain count = 0，对象被销毁

[obj2 hello];

[obj2 release];

[obj1 release]以后，obj2依然是个无效指针。问题依然没有解决。解决方法见下一条。

4 Objective-C指针赋值时，retaincount不会自动增长，须要手动retain。

ClassA*obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1

ClassA*obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj2retain]; //retain count = 2

[obj1hello]; //输出hello

[obj1release]; //retain count = 2 – 1 = 1

[obj2hello]; //输出hello

[obj2release]; //retain count = 0，对象被销毁

问题解决！注意，若是没有调用[obj2release]，这个对象的retaincount始终为1，不会被销毁，内存泄露。(1-4能够参考附件中的示例程序memman-no-pool.m)

这样的确不会内存泄露，但彷佛有点麻烦，有没有简单点的方法？见下一条。

5 Objective-C中引入了autoreleasepool（自动释放对象池），在遵照一些规则的状况下，能够自动释放对象。（autoreleasepool依然不是.Net/Java那种全自动的垃圾回收机制）

5.1 新生成的对象，只要调用autorelease就好了，无需再调用release！

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retaincount = 1 但无需调用release

5.2 对于存在指针赋值的状况，代码与前面相似。

ClassA*obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1

ClassA*obj2 = obj1; //retain count = 1

[obj2retain]; //retain count = 2

[obj1hello]; //输出hello

//对于obj1，无需调用（实际上不能调用）release

[obj2hello]; //输出hello

[obj2release]; //retain count = 2-1 = 1

细心的读者确定能发现这个对象没有被销毁，什么时候销毁呢？谁去销毁它？（能够参考附件中的示例程序memman-with-pool.m）请看下一条。

6 autoreleasepool原理剖析。（其实很简单的，必定要坚持看下去，不然仍是不能理解Objective-C的内存管理机制。）

6.1 autoreleasepool不是天生的，须要手动创立。只不过在新建一个iphone项目时，xcode会自动帮你写好。autoreleasepool的真名是NSAutoreleasePool。

NSAutoreleasePool*pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

6.2 NSAutoreleasePool内部包含一个数组（NSMutableArray），用来保存声明为autorelease的全部对象。若是一个对象声明为autorelease，系统所作的工做就是把这个对象加入到这个数组中去。

ClassA*obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1，把此对象加入autoreleasepool中

6.3 NSAutoreleasePool自身在销毁的时候，会遍历一遍这个数组，release数组中的每一个成员。若是此时数组中成员的retaincount为1，那么release以后，retaincount为0，对象正式被销毁。若是此时数组中成员的retaincount大于1，那么release以后，retaincount大于0，此对象依然没有被销毁，内存泄露。

6.4 默认只有一个autoreleasepool，一般相似于下面这个例子。

intmain (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool *pool;

pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

// do something

[pool release];

return (0);

} //main

全部标记为autorelease的对象都只有在这个pool销毁时才被销毁。若是你有大量的对象标记为autorelease，这显然不能很好的利用内存，在iphone这种内存受限的程序中是很容易形成内存不足的。例如：

intmain (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool*pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

int i,j;

for (i= 0; i < 100; i++ )

{

for (j = 0; j < 100000; j++ )

[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。

}

[poolrelease];

return(0);

} //main

（能够参考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，运行时经过监控工具能够发现使用的内存在急剧增长，直到pool销毁时才被释放）你须要考虑下一条。

7 Objective-C程序中能够嵌套建立多个autoreleasepool。在须要大量建立局部变量的时候，能够建立内嵌的autoreleasepool来及时释放内存。（感谢网友hhyytt和neogui的提醒，某些状况下，系统会自动建立autoreleasepool,请参见第四章）

intmain (int argc, const char *argv[])

{

NSAutoreleasePool*pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

int i,j;

for (i= 0; i < 100; i++ )

{

NSAutoreleasePool *loopPool =[[NSAutoreleasePool alloc] init];

for (j = 0; j < 100000; j++ )

[NSStringstringWithFormat:@"1234567890"];//产生的对象是autorelease的。

[loopPool release];

}

[poolrelease];

return(0);

} //main

（能够参考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m，占用内存的变化极小）

二口诀与范式

1 口诀。

1.1 谁建立，谁释放（相似于“谁污染，谁治理”）。若是你经过alloc、new或copy来建立一个对象，那么你必须调用release或autorelease。换句话说，不是你建立的，就不用你去释放。
例如，你在一个函数中alloc生成了一个对象，且这个对象只在这个函数中被使用，那么你必须在这个函数中调用release或autorelease。若是你在一个class的某个方法中alloc一个成员对象，且没有调用autorelease，那么你须要在这个类的dealloc方法中调用release；若是调用了autorelease，那么在dealloc方法中什么都不须要作。

1.2 除了alloc、new或copy以外的方法建立的对象都被声明了autorelease。

1.3 谁retain，谁release。只要你调用了retain，不管这个对象是如何生成的，你都要调用release。有时候你的代码中明明没有retain，但是系统会在默认实现中加入retain。不知道为何苹果公司的文档没有强调这个很是重要的一点，请参考范式2.7和第三章。

2 范式。
范式就是模板，就是依葫芦画瓢。因为不一样人有不一样的理解和习惯，我总结的范式不必定适合全部人，但我能保证照着这样作不会出问题。

2.1 建立一个对象。

ClassA *obj1 =[[ClassA alloc] init];

2.2 建立一个autorelease的对象。

ClassA *obj1 =[[[ClassA alloc] init] autorelease];

2.3 Release一个对象后，当即把指针清空。（顺便说一句，release一个空指针是合法的，但不会发生任何事情）

[obj1 release];

obj1 = nil;

2.4 指针赋值给另外一个指针。

ClassA *obj2 = obj1;

[obj2 retain];

//do something

[obj2 release];

obj2 = nil;

2.5 在一个函数中建立并返回对象，须要把这个对象设置为autorelease

ClassA *Func1()

{

ClassA *obj = [[[ClassAalloc]init]autorelease];

return obj;

}

2.6 在子类的dealloc方法中调用基类的dealloc方法

-(void)dealloc

{

…

[super dealloc];

}

2.7 在一个class中建立和使用property。

2.7.1 声明一个成员变量。

ClassB *objB;

2.7.2 声明property，加上retain参数。

@property (retain)ClassB* objB;

2.7.3 定义property。（property的默认实现请看第三章）

@synthesize objB;

2.7.4 除了dealloc方法之外，始终用.操做符的方式来调用property。

self.objB或者objA.objB

2.7.5 在dealloc方法中release这个成员变量。

[objB release];

示例代码以下（详细代码请参考附件中的memman-property.m，你须要特别留意对象是在什么时候被销毁的。）：

@interfaceClassA : NSObject

{

ClassB* objB;

}

@property(retain) ClassB* objB;

@end

@implementationClassA

@synthesizeobjB;

-(void)dealloc

{

[objB release];

[super dealloc];

}

@end

2.7.6 给这个property赋值时，有手动release和autorelease两种方式。

voidfuncNoAutorelease()

{

ClassB *objB1 = [[ClassB alloc]init];

ClassA *objA = [[ClassA alloc]init];

objA.objB = objB1;

[objB1 release];

[objA release];

}

voidfuncAutorelease()

{

ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init]autorelease];

ClassA *objA = [[[ClassA alloc]init]autorelease];

objA.objB = objB1;

}

三@property(retain)和@synthesize的默认实现

在这里解释一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesizeobjB;背后到底发生了什么(retain property的默认实现)。property其实是getter和setter，针对有retain参数的property，背后的实现以下（请参考附件中的memman-getter-setter.m，你会发现，结果和memman-property.m同样）：

@interface ClassA : NSObject

{

ClassB *objB;

}

-(ClassB *) getObjB;

-(void) setObjB:(ClassB *) value;

@end

@implementation ClassA

-(ClassB*) getObjB

{

return objB;

}

-(void) setObjB:(ClassB*) value

{

if (objB != value)

{

[objB release];

objB = [value retain];

}

在setObjB中，若是新设定的值和原值不一样的话，必需要把原值对象release一次，这样才能保证retain count是正确的。

因为咱们在class内部retain了一次（虽然是默认实现的），因此咱们要在dealloc方法中release这个成员变量。

-(void) dealloc

{

[objB release];

[super dealloc];

}

四系统自动建立新的autorelease pool

在生成新的RunLoop的时候，系统会自动建立新的autorelease pool（很是感谢网友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此处不一样于xcode在新建项目时自动生成的代码中加入的autorelease pool，xcode生成的代码能够被删除，但系统自动建立的新的autorelease pool是没法删除的（对于无Garbage Collection的环境来讲）。Objective-C没有给出实现代码，官方文档也没有说明，但咱们能够经过小程序来证实。

在这个小程序中，咱们先生成了一个autorelease pool，而后生成一个autorelease的ClassA的实例，再在一个新的run loop中生成一个autorelease的ClassB的对象（注意，咱们并无手动在新run loop中生成autoreleasepool）。精简的示例代码以下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-with-pool.m。

intmain(int argc, char**argv)

{

NSLog(@"create anautorelasePool\n");

NSAutoreleasePool *pool =[[NSAutoreleasePool alloc] init];

NSLog(@"create an instance ofClassA and autorelease\n");

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init]autorelease];

NSDate *now = [[NSDate alloc] init];

NSTimer *timer = [[NSTimer alloc] initWithFireDate:now

interval:0.0

target:obj1

selector:@selector(createClassB)

userInfo:nil

repeats:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoopcurrentRunLoop];

[runLoop addTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];

[timer release];

[now release];

[runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例

NSLog(@"releasing autorelasePool\n");

[pool release];

NSLog(@"autorelasePool isreleased\n");

return 0;

}

输出以下：

create anautorelasePool

create an instance ofClassA and autorelease

create an instance ofClassB and autorelease

ClassB destroyed

releasing autorelasePool

ClassA destroyed

autorelasePool isreleased

注意在咱们销毁autoreleasepool以前，ClassB的autorelease实例就已经被销毁了。

有人可能会说，这并不能说明新的run loop自动生成了一个新的autorelease pool，说不定还只是用了老的autorelease pool，只不事后来drain了一次而已。咱们能够在main函数中不生成autorelease pool。精简的示例代码以下，详细代码请见附件中的memman-run-loop-without-pool.m。

intmain(int argc, char**argv)

{

NSLog(@"No autorelasePool created\n");

NSLog(@"create an instance ofClassA\n");

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];

NSDate *now = [[NSDate alloc] init];

NSTimer *timer = [[NSTimer alloc]initWithFireDate:now

interval:0.0

target:obj1

selector:@selector(createClassB)

userInfo:nil

repeats:NO];

NSRunLoop *runLoop = [NSRunLoopcurrentRunLoop];

[runLoop addTimer:timerforMode:NSDefaultRunLoopMode];

[timer release];

[now release];

[runLoop run]; //在新loop中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例

NSLog(@"Manually release theinstance of ClassA\n");

[obj1 release];

return 0;

}

输出以下：

No autorelasePoolcreated

create an instance ofClassA

create an instance ofClassB and autorelease

ClassB destroyed

Manually release theinstance of ClassA

ClassA destroyed

咱们能够看出来，咱们并无建立任何autorelease pool，但是ClassB的实例依然被自动销毁了，这说明新的run loop自动建立了一个autoreleasepool，这个pool在新的runloop结束的时候会销毁本身（并自动release所包含的对象）。

补充说明

在研究retaincount的时候，我不建议用NSString。由于在下面的语句中，

NSString *str1 = @”constant string”;

str1的retaincount是个很大的数字。Objective-C对常量字符串作了特殊处理。

固然，若是你这样建立NSString，获得的retain count依然为1

NSString *str2 =[NSString stringWithFormat:@”123”];