Objective-C内存管理精解

2018-09-03

引用计数

引用计数表

每个对象都有一个对应的引用计数表，苹果使用引用计数表来管理各对象的引用计数，表中记录有各对象内存块的地址，从而根据地址找到各对象的内存块。
这样做的话有几个好处：

对象的内存块的分配无需考虑内存块的头部（如果没有引用计数表，则每个对象的内存块头部将用来存放引用计数）
即使出现故障导致对象占用的内存块损坏，但只要引用计数表没有被破坏，就能够确认各内存块的位置。
利用工具检测内存泄漏时，引用计数表的记录也有助于检测各对象的持有者是否存在。生成一个对象或者持有一个对象都会使引用计数加1，释放对象时引用计数减1，当引用计数为0时，对象被废弃。
MRC规则
内存管理的思考方式
自己生成的对象自己持有
比如使用alloc、new、copy、mutableCopy等方法，引用计数自动加1

1	id obj = [[NSObject alloc] init];

非自己生成的对象，自己也能持有

除了上述方法之外生成的对象，并且使用retain方法持有对象。

1 2	id obj = [NSMutableArray array];//生成对象 [obj retain];//持有对象

不再需要自己持有的对象时释放

如：release方法

非自己持有的对象无法释放

如：dealloc方法

retain、retainCount、release的实现

调用同一个函数__CFDoExternRefOperation，根据对象的内存地址和引用计数表去修改对象的引用计数

autorelease

对象调用autorelease后被加入NSAutoreleasePool自动释放池中，当自动释放池废弃时，对象会自动调用release方法

在大量产生autorelease的对象时，有可能会出现内存不足的情况，这时应该手动生成一个NSAutoreleasePool，把这些对象放进这个池子里，然后用完之后再手动[pool drain]释放池子

autorelease的实现

调用autorelease方法实际上是通过add方法将对象放入一个NSAutoreleasePool自动释放池中。先是用push方法获得一个NSAutorelease自动释放池，然后用pop方法废弃一个NSAutorelease自动释放池

NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
//等同于objc_autoreleasePoolPush()生成或持有NSAutoreleasePool对象
id obj= [[NSObject alloc] init];
[obj autorelease];
//等同于objc_autorelease(obj)将对象追加到自动释放池中
[pool drain];

autorelease一个NSAutoreleasePool对象会发生异常

因为无论调用哪个对象的autorelease方法，实现上都是调用NSObject类的autorelease实例方法，但是对于NSAutorelease类，autorelease实例方法已被该类重载。因此运行时就会出错

ARC规则

ARC只是自动的帮助我们处理引用计数的相关部分

ARC自动追加所有权修饰符，附有这些修饰符的自动变量初始化为nil

id strong obj0等价于id strong obj0 = nil

__strong

所有对象默认的所有权修饰符,表示对对象的强引用，持有强引用的变量超出其作用域时，随着强引用的失效，引用对象随之释放

id __strong obj = [[NSObject alloc] init]
在ARC无效时等价于
id obj = [[NSObject alloc] init];
[obj release];

__strong变量互相赋值也能正确管理对象内存

id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];//obj0持有对象A的强引用
id __strong obj1 = [[NSObject alloc] init];//obj1持有对象B的强引用
obj0 = obj1；
引用obj0被赋值，所以原先持有的对对象A的强引用失效，对象A的所有者不存在因此废弃对象A
id __strong obj2 = nil;//obj2不持有任何对象

__weak

__weak修饰符表示弱引用，不能持有对象实例，解决__strong循环引用的问题

id __weak obj = [[NSObject alloc] init];
这句代码会有警告。因为obj并不持有对象，这样生成的对象会被立即释放，obj=nil。
但是如果这样先赋值给强引用，再赋值给弱引用就没问题：
id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];
id __weak obj1 = obj0;

有__weak修饰某对象的弱引用时，如果对象被废弃，该弱引用将失效自动赋值为nil

在访问附有__weak修饰符的变量时必须访问注册到自动释放池中的对象，因为__weak修饰符只持有对象的弱引用，在访问引用对象的过程中，该对象有可能被废弃，如果把要访问的对象注册到自动释放池中，则在自动释放池废弃前对象都存在。

__unsafe_unretained

id __unsafe_unretained obj1 = nil;
id __strong obj0 = [[NSObject alloc] init];
 obj1 = obj0;
虽然obj0变量赋值给obj1，但是obj1变量既不持有对象的强引用也不持有弱引用

同__weak一样,不能持有对象，生成的对象会立即释放
与__weak不同，当对象被废弃时，并不指向nil而是产生一个野指针。

__autoreleasing

在ARC中用autoreleasing修饰的对象等价于MRC中对象调用autorelease方法

同__strong一样，没有显式指定__autoreleasing的对象，也会自动注册到autoreleasePool

ARC规则

不能使用retain/releaase/retainCount/autorelease
不能使用NSAllocateObject/NSDeallocateObject
不要显示调用dealloc
使用@autoreleasepool块代替NSAutoreleasePool
不能使用区域NSZone
对象型变量不能作为C语言结构体的成员
显示转换“id”和“voic *”（通过__bridge转换，id和void *就能互相转换）

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id obj = [[NSObject alloc] init]
void *p = (__bridge void *)obj
但是__bridge跟__unsafe_unretained一样都是不安全的。可以使用__bridge_retained，这个相当于retain。而__bridge_transfer相当于release

无论是ARC无效还是有效用于对象生成持有的方法必须遵守以下命名规则：
alloc、new、copy、mutableCopy
但是在ARC有效时新增init命名规则，该方法必须是实例方法，并且必须要返回对象。返回的对象类型应为id类型或者该方法声明类的对象类型，或者是该类的超类或者子类。返回的对象并不注册到autoreleasepool上，基本上只是对alloc方法返回值的对象进行初始化并返回该对象

属性

声明的属性	对应的所有权修饰符
assign	__unsafe_unretained修饰符
copy	__strong修饰符
retain	__strong修饰符
strong	__strong修饰符
unsafe_unretained	__unsafe_unretained修饰符
weak	__weak修饰符

copy属性不是简单的赋值，它赋值的是通过NSCopying接口的copyWithZone：方法复制赋值源所生成的对象

数组

使用calloc函数可以使分配给附有__strong修饰符变量的数组初始化为nil，比如：

1	array = (id __strong *)calloc(entries, sizeof(id))

如果使用C函数的malloc则分配后还需要用memset函数将内存填充为0。
比如这样写是不对的:

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array = (id __strong *)malloc(sizeof(id) *entries);
for (NSUInteger i = 0; i< entries; i++)
      array[i] = nil;

这里使用malloc函数分配的内存区域没有被初始化为0，因此nil会被赋值给附有__strong修饰符的并被赋值了随机地址的变量中，从而释放一个不存在的对象。

动态数组中操作附有__strong修饰符的变量时需要手动释放内存。如：free(array);因为动态数组编译器不能确定数组的生存周期，无从处理。
而静态数组则不需要，因为在静态数组中，编译器能够根据变量的作用域自动插入释放赋值对象的代码。

ARC实现

__strong修饰符

alloc、new、copy、mutableCopy生成并持有的对象内部实现如下：

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id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj,@selector(init));
objc_release(obj);//ARC有效时自动插入了release方法

其他生成对象如：id __strong obj = [NSMutableArray array];的内部实现如下：

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id obj = objc_msgSend(NSMutableArray, @selector(array));
objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);
objc_release(obj);

__weak修饰符

id __weak obj1 = obj;内部实现如下：
id obj1;
objc_initWeak(&obj1,obj);//objc_initWeak函数将变量初始化为0即obj1 = 0；然后再调用objc_storeWeak(&obj1,obj);将修饰符__weak的变量的地址注册到weak表中。
objc_destroyWeak(&obj1);//相当于调用objc_storeWeak(&obj1,0);把变量的地址从weak表中删除。

若附有__weak修饰符的变量所引用的对象被废弃，则将nil赋值给该变量

使用附有__weak修饰符的变量，即是使用注册到autoreleasepool中的对象：

id __weak obj1 = obj;
以上代码的实现如下：
id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);//生成一个Weak对象
id tmp = objc_loadWeakRetained(&obj1);//写入weak表新增一个引用
objc_autorelease(tmp);//将对象注册到自动释放池
objc_destroyWeak(&obj1);

每使用一次附有__weak修饰符都会注册一次对象到自动释放池，例如：

id __weak o = obj;
NSLog(@"1 %@",o);
NSLog(@"2 %@",o);
NSLog(@"3 %@",o);

这里注册了3次自动释放池。但是将__weak修饰符的变量赋给__strong修饰的变量就可以避免这种情况如：

id __weak o = obj;
id tmp = o;
NSLog(@"1 %@",tmp);
NSLog(@"2 %@",tmp);
NSLog(@"3 %@",tmp);

这里只注册了一次自动释放池
因此在@autoreleasePool块结束之前都可以放心使用__weak修饰符的变量

对象释放过程：objc_release执行步骤

调用objc_release
因为引用计数为0所以执行dealloc
调用_objc_rootDealloc
调用object_dispose
调用objc_destructInstance
调用objc_clear_deallocating

1.从weak表中获取废弃对象的地址为键值的记录
2.将包含在记录中的所有附有__weak修饰符变量的地址，赋值为nil
3.从weak表中删除该记录
4.从引用计数表中删除废弃对象的地址为键值的记录

使用__weak修饰符时，以下源代码会引起编译警告

1	id __weak obj = [[NSObject alloc] init];

上述代码，内部实现如下：
内部实现如下：

id obj ;
id tmp = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(tmp,@selector(init));
objc_initWeak(&obj, tmp);
objc_release(tmp);
objc_destoryWeak(&object);

这段代码会引发警告，因为编译器判断生成并持有的对象并不能继续持有，__weak是不持有对象的.所以对象会被立即通过objc_release函数释放和废弃。obj则会为nil
使用_unsafe_unretained也是一样的效果，只是不会把对象置为nil，而是成为一个野指针

__autoreleasing修饰符

将对象赋值给附有__autoreleasing修饰符的变量等同于ARC无效时调用对象的autorelease方法

@autoreleasepool{
         id __autoreleasing obj = [[NSObject alloc] init];
}
以上实现如下：
id pool = objc_autoreleasePoolPush();
id obj = objc_msgSend(NSObject, @selector(alloc));
objc_msgSend(obj, @selector(init));
objc_autorelease(obj);//如果使用alloc、new、copy、mutableCopy方法之外的方法中使用注册到自动释放池的对象则这里执行objc_retainAutoreleasedReturnValue(obj);方法，其他不变
objc_autoreleasePoolPop(obj);

引用计数

使用__strong修饰符的对象引用计数+1
使用__autoreleasing修饰符的对象引用计数+1
使用__weak修饰符的对象，由于弱引用并不持有对象本身，所以引用计数不变

引用计数

引用计数表

MRC规则

内存管理的思考方式

自己生成的对象自己持有

非自己生成的对象，自己也能持有

不再需要自己持有的对象时释放

非自己持有的对象无法释放

retain、retainCount、release的实现

autorelease

autorelease的实现

autorelease一个NSAutoreleasePool对象会发生异常

ARC规则

ARC自动追加所有权修饰符，附有这些修饰符的自动变量初始化为nil

__strong

__weak

__unsafe_unretained

__autoreleasing

ARC规则

属性

数组

ARC实现

__strong修饰符

__weak修饰符

对象释放过程：objc_release执行步骤

使用__weak修饰符时，以下源代码会引起编译警告

__autoreleasing修饰符

引用计数