objective - c 內存管理機制

時間 2019-11-11

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版本1.1 發表於2010-03-08 xcode

前言 iphone

初學objectice-C的朋友都有一個困惑，總以爲對objective-C的內存管理機制琢磨不透，程序常常內存泄漏或莫名其妙的崩潰。我在這裏總結了本身對objective-C內存管理機制的研究成果和經驗，寫了這麼一個由淺入深的教程。但願對你們有所幫助，也歡迎你們一塊兒探討。函數

此文涉及的內存管理是針對於繼承於NSObject的Class。工具

一基本原理 oop

Objective-C的內存管理機制與.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制是不一樣的，它本質上仍是C語言中的手動管理方式，只不過稍微加了一些自動方法。 ui

1 Objective-C的對象生成於堆之上，生成以後，須要一個指針來指向它。 spa

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

2 Objective-C的對象在使用完成以後不會自動銷燬，須要執行dealloc來釋放空間（銷燬），不然內存泄露。

[obj1 dealloc];

這帶來了一個問題。下面代碼中obj2是否須要調用dealloc？

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

ClassA *obj2 = obj1;

[obj1 hello]; //輸出hello

[obj1 dealloc];

[obj2 hello]; //可以執行這一行和下一行嗎？

[obj2 dealloc];

不能，由於obj1和obj2只是指針，它們指向同一個對象，[obj1 dealloc]已經銷燬這個對象了，不能再調用[obj2hello]和[obj2dealloc]。obj2其實是個無效指針。

如何避免無效指針？請看下一條。

3 Objective-C採用了引用計數(refcount或者retaincount)。對象的內部保存一個數字，表示被引用的次數。例如，某個對象被兩個指針所指向（引用）那麼它的retaincount爲2。須要銷燬對象的時候，不直接調用dealloc，而是調用release。release會讓retaincount減1，只有retaincount等於0，系統纔會調用dealloc真正銷燬這個對象。

ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //對象生成時，retaincount = 1

[obj1 release]; //release使retain count減1，retain count = 0，dealloc自動被調用,對象被銷燬

咱們回頭看看剛剛那個無效指針的問題，把dealloc改爲release解決了嗎？

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

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

[obj1 hello]; //輸出hello

[obj1 release]; //retain count = 0，對象被銷燬

[obj2 hello];

[obj2 release];

[obj1 release]以後，obj2依然是個無效指針。問題依然沒有解決。解決方法見下一條。

4 Objective-C指針賦值時，retaincount不會自動增長，須要手動retain。

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

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

[obj2retain]; //retain count = 2

[obj1hello]; //輸出hello

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

[obj2hello]; //輸出hello

[obj2release]; //retain count = 0，對象被銷燬

問題解決！注意，若是沒有調用[obj2release]，這個對象的retaincount始終爲1，不會被銷燬，內存泄露。(1-4能夠參考附件中的示例程序memman-no-pool.m)

這樣的確不會內存泄露，但彷佛有點麻煩，有沒有簡單點的方法？見下一條。

5 Objective-C中引入了autoreleasepool（自動釋放對象池），在遵照一些規則的狀況下，能夠自動釋放對象。（autoreleasepool依然不是.Net/Java那種全自動的垃圾回收機制）

5.1 新生成的對象，只要調用autorelease就好了，無需再調用release！

ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retaincount = 1 但無需調用release

5.2 對於存在指針賦值的狀況，代碼與前面相似。

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

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

[obj2retain]; //retain count = 2

[obj1hello]; //輸出hello

//對於obj1，無需調用（實際上不能調用）release

[obj2hello]; //輸出hello

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

細心的讀者確定能發現這個對象沒有被銷燬，什麼時候銷燬呢？誰去銷燬它？（能夠參考附件中的示例程序memman-with-pool.m）請看下一條。

6 autoreleasepool原理剖析。（其實很簡單的，必定要堅持看下去，不然仍是不能理解Objective-C的內存管理機制。）

6.1 autoreleasepool不是天生的，須要手動創立。只不過在新建一個iphone項目時，xcode會自動幫你寫好。autoreleasepool的真名是NSAutoreleasePool。

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

6.2 NSAutoreleasePool內部包含一個數組（NSMutableArray），用來保存聲明爲autorelease的全部對象。若是一個對象聲明爲autorelease，系統所作的工做就是把這個對象加入到這個數組中去。

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

6.3 NSAutoreleasePool自身在銷燬的時候，會遍歷一遍這個數組，release數組中的每一個成員。若是此時數組中成員的retaincount爲1，那麼release以後，retaincount爲0，對象正式被銷燬。若是此時數組中成員的retaincount大於1，那麼release以後，retaincount大於0，此對象依然沒有被銷燬，內存泄露。

6.4 默認只有一個autoreleasepool，一般相似於下面這個例子。

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

{

NSAutoreleasePool *pool;

pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];

// do something

[pool release];

return (0);

} //main

全部標記爲autorelease的對象都只有在這個pool銷燬時才被銷燬。若是你有大量的對象標記爲autorelease，這顯然不能很好的利用內存，在iphone這種內存受限的程序中是很容易形成內存不足的。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"];//產生的對象是autorelease的。

}

[poolrelease];

return(0);

} //main

（能夠參考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，運行時經過監控工具能夠發現使用的內存在急劇增長，直到pool銷燬時才被釋放）你須要考慮下一條。

7 Objective-C程序中能夠嵌套建立多個autoreleasepool。在須要大量建立局部變量的時候，能夠建立內嵌的autoreleasepool來及時釋放內存。（感謝網友hhyytt和neogui的提醒，某些狀況下，系統會自動建立autoreleasepool,請參見第四章）

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"];//產生的對象是autorelease的。

[loopPool release];

}

[poolrelease];

return(0);

} //main

（能夠參考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m，佔用內存的變化極小）

二口訣與範式

1 口訣。

1.1 誰建立，誰釋放（相似於「誰污染，誰治理」）。若是你經過alloc、new或copy來建立一個對象，那麼你必須調用release或autorelease。換句話說，不是你建立的，就不用你去釋放。
例如，你在一個函數中alloc生成了一個對象，且這個對象只在這個函數中被使用，那麼你必須在這個函數中調用release或autorelease。若是你在一個class的某個方法中alloc一個成員對象，且沒有調用autorelease，那麼你須要在這個類的dealloc方法中調用release；若是調用了autorelease，那麼在dealloc方法中什麼都不須要作。

1.2 除了alloc、new或copy以外的方法建立的對象都被聲明瞭autorelease。

1.3 誰retain，誰release。只要你調用了retain，不管這個對象是如何生成的，你都要調用release。有時候你的代碼中明明沒有retain，但是系統會在默認實現中加入retain。不知道爲何蘋果公司的文檔沒有強調這個很是重要的一點，請參考範式2.7和第三章。

2 範式。
範式就是模板，就是依葫蘆畫瓢。因爲不一樣人有不一樣的理解和習慣，我總結的範式不必定適合全部人，但我能保證照着這樣作不會出問題。

2.1 建立一個對象。

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

2.2 建立一個autorelease的對象。

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

2.3 Release一個對象後，當即把指針清空。（順便說一句，release一個空指針是合法的，但不會發生任何事情）

[obj1 release];

obj1 = nil;

2.4 指針賦值給另外一個指針。

ClassA *obj2 = obj1;

[obj2 retain];

//do something

[obj2 release];

obj2 = nil;

2.5 在一個函數中建立並返回對象，須要把這個對象設置爲autorelease

ClassA *Func1()

{

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

return obj;

}

2.6 在子類的dealloc方法中調用基類的dealloc方法

-(void)dealloc

{

…

[super dealloc];

}

2.7 在一個class中建立和使用property。

2.7.1 聲明一個成員變量。

ClassB *objB;

2.7.2 聲明property，加上retain參數。

@property (retain)ClassB* objB;

2.7.3 定義property。（property的默認實現請看第三章）

@synthesize objB;

2.7.4 除了dealloc方法之外，始終用.操做符的方式來調用property。

self.objB或者objA.objB

2.7.5 在dealloc方法中release這個成員變量。

[objB release];

示例代碼以下（詳細代碼請參考附件中的memman-property.m，你須要特別留意對象是在什麼時候被銷燬的。）：

@interfaceClassA : NSObject

{

ClassB* objB;

}

@property(retain) ClassB* objB;

@end

@implementationClassA

@synthesizeobjB;

-(void)dealloc

{

[objB release];

[super dealloc];

}

@end

2.7.6 給這個property賦值時，有手動release和autorelease兩種方式。

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的默認實現

在這裏解釋一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesizeobjB;背後到底發生了什麼(retain property的默認實現)。property其實是getter和setter，針對有retain參數的property，背後的實現以下（請參考附件中的memman-getter-setter.m，你會發現，結果和memman-property.m同樣）：

@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，若是新設定的值和原值不一樣的話，必需要把原值對象release一次，這樣才能保證retain count是正確的。

因爲咱們在class內部retain了一次（雖然是默認實現的），因此咱們要在dealloc方法中release這個成員變量。

-(void) dealloc

{

[objB release];

[super dealloc];

}

四系統自動建立新的autorelease pool

在生成新的RunLoop的時候，系統會自動建立新的autorelease pool（很是感謝網友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此處不一樣於xcode在新建項目時自動生成的代碼中加入的autorelease pool，xcode生成的代碼能夠被刪除，但系統自動建立的新的autorelease pool是沒法刪除的（對於無Garbage Collection的環境來講）。Objective-C沒有給出實現代碼，官方文檔也沒有說明，但咱們能夠經過小程序來證實。

在這個小程序中，咱們先生成了一個autorelease pool，而後生成一個autorelease的ClassA的實例，再在一個新的run loop中生成一個autorelease的ClassB的對象（注意，咱們並無手動在新run loop中生成autoreleasepool）。精簡的示例代碼以下，詳細代碼請見附件中的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中調用一函數，生成ClassB的autorelease實例

NSLog(@"releasing autorelasePool\n");

[pool release];

NSLog(@"autorelasePool isreleased\n");

return 0;

}

輸出以下：

create anautorelasePool

create an instance ofClassA and autorelease

create an instance ofClassB and autorelease

ClassB destroyed

releasing autorelasePool

ClassA destroyed

autorelasePool isreleased

注意在咱們銷燬autoreleasepool以前，ClassB的autorelease實例就已經被銷燬了。

有人可能會說，這並不能說明新的run loop自動生成了一個新的autorelease pool，說不定還只是用了老的autorelease pool，只不事後來drain了一次而已。咱們能夠在main函數中不生成autorelease pool。精簡的示例代碼以下，詳細代碼請見附件中的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];