Objective-C內(nèi)存管理教程和原理剖析
Objective-C內(nèi)存管理教程和原理剖析是本文要介紹的內(nèi)容，在iPhone和 Mac 平臺(tái)運(yùn)行，不多說，我們來看內(nèi)容。
初學(xué)objectice-C的朋友都有一個(gè)困惑，總覺得對(duì)objective-C的內(nèi)存管理機(jī)制琢磨不透，程序經(jīng)常內(nèi)存泄漏或莫名其妙的崩潰。我在這里總結(jié)了自己對(duì)objective-C內(nèi)存管理機(jī)制的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，寫了這么一個(gè)由淺入深的教程。希望對(duì)大家有所幫助，也歡迎大家一起探討。
此文涉及的內(nèi)存管理是針對(duì)于繼承于NSObject的Class。
一 基本原理
Objective-C的內(nèi)存管理機(jī)制與.Net/Java那種全自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制是不同的，它本質(zhì)上還是C語言中的手動(dòng)管理方式，只不過稍微加了一些自動(dòng)方法。
1、Objective-C的對(duì)象生成于堆之上，生成之后，需要一個(gè)指針來指向它。
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
2、Objective-C的對(duì)象在使用完成之后不會(huì)自動(dòng)銷毀，需要執(zhí)行dealloc來釋放空間（銷毀），否則內(nèi)存泄露。
- [obj1 dealloc];
這帶來了一個(gè)問題。下面代碼中obj2是否需要調(diào)用dealloc？
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
- ClassA *obj2 = obj1;
- [obj1 hello]; //輸出hello
- [obj1 dealloc];
- [obj2 hello]; //能夠執(zhí)行這一行和下一行嗎？
- [obj2 dealloc];
不能，因?yàn)閛bj1和obj2只是指針，它們指向同一個(gè)對(duì)象，[obj1 dealloc]已經(jīng)銷毀這個(gè)對(duì)象了，不能再調(diào)用[obj2 hello]和[obj2 dealloc]。obj2實(shí)際上是個(gè)無效指針。
如何避免無效指針？請(qǐng)看下一條。
3、Objective-C采用了引用計(jì)數(shù)(ref count或者retain count)。對(duì)象的內(nèi)部保存一個(gè)數(shù)字，表示被引用的次數(shù)。例如，某個(gè)對(duì)象被兩個(gè)指針?biāo)赶颍ㄒ茫┠敲此膔etain count為2。需要銷毀對(duì)象的時(shí)候，不直接調(diào)用dealloc，而是調(diào)用release。release會(huì)讓retain count減1，只有retain count等于0，系統(tǒng)才會(huì)調(diào)用dealloc真正銷毀這個(gè)對(duì)象。
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //對(duì)象生成時(shí)，retain count = 1
- [obj1 release]; //release使retain count減1，retain count = 0，dealloc自動(dòng)被調(diào)用,對(duì)象被銷毀
我們回頭看看剛剛那個(gè)無效指針的問題，把dealloc改成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(duì)象被銷毀
- [obj2 hello];
- [obj2 release];
- [obj1 release]之后，obj2依然是個(gè)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(shí)，retain count不會(huì)自動(dòng)增加，需要手動(dòng)retain。
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1
- ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
- [obj2 retain]; //retain count = 2
- [obj1 hello]; //輸出hello
- [obj1 release]; //retain count = 2 – 11 = 1
- [obj2 hello]; //輸出hello
- [obj2 release]; //retain count = 0，對(duì)象被銷毀
問題解決！注意，如果沒有調(diào)用[obj2 release]，這個(gè)對(duì)象的retain count始終為1，不會(huì)被銷毀，內(nèi)存泄露。(1-4可以參考附件中的示例程序memman-no-pool.m)
這樣的確不會(huì)內(nèi)存泄露，但似乎有點(diǎn)麻煩，有沒有簡單點(diǎn)的方法？見下一條。
5、Objective-C中引入了autorelease pool（自動(dòng)釋放對(duì)象池），在遵守一些規(guī)則的情況下，可以自動(dòng)釋放對(duì)象。（autorelease pool依然不是.Net/Java那種全自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制）
（1）新生成的對(duì)象，只要調(diào)用autorelease就行了，無需再調(diào)用release！
- ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1 但無需調(diào)用release
（2）對(duì)于存在指針賦值的情況，代碼與前面類似。
- ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1
- ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1
- [obj2 retain]; //retain count = 2
- [obj1 hello]; //輸出hello
- //對(duì)于obj1，無需調(diào)用（實(shí)際上不能調(diào)用）release
- [obj2 hello]; //輸出hello
- [obj2 release]; //retain count = 2-1 = 1
細(xì)心的讀者肯定能發(fā)現(xiàn)這個(gè)對(duì)象沒有被銷毀，何時(shí)銷毀呢？誰去銷毀它？（可以參考附件中的示例程序memman-with-pool.m）請(qǐng)看下一條。
6、autorelease pool原理剖析。（其實(shí)很簡單的，一定要堅(jiān)持看下去，否則還是不能理解Objective-C的內(nèi)存管理機(jī)制。）
（1）autorelease pool不是天生的，需要手動(dòng)創(chuàng)立。只不過在新建一個(gè)iphone項(xiàng)目時(shí)，xcode會(huì)自動(dòng)幫你寫好。autorelease pool的真名是NSAutoreleasePool。
- NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
（2）NSAutoreleasePool內(nèi)部包含一個(gè)數(shù)組（NSMutableArray），用來保存聲明為autorelease的所有對(duì)象。如果一個(gè)對(duì)象聲明為autorelease，系統(tǒng)所做的工作就是把這個(gè)對(duì)象加入到這個(gè)數(shù)組中去。
ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1，把此對(duì)象加入autorelease pool中
（3）NSAutoreleasePool自身在銷毀的時(shí)候，會(huì)遍歷一遍這個(gè)數(shù)組，release數(shù)組中的每個(gè)成員。如果此時(shí)數(shù)組中成員的retain count為1，那么release之后，retain count為0，對(duì)象正式被銷毀。如果此時(shí)數(shù)組中成員的retain count大于1，那么release之后，retain count大于0，此對(duì)象依然沒有被銷毀，內(nèi)存泄露。
（4）默認(rèn)只有一個(gè)autorelease pool，通常類似于下面這個(gè)例子。
- int main (int argc, const char *argv[])
- {
- NSAutoreleasePool *pool;
- pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
- // do something
- [pool release];
- return (0);
- } // main
所有標(biāo)記為autorelease的對(duì)象都只有在這個(gè)pool銷毀時(shí)才被銷毀。如果你有大量的對(duì)象標(biāo)記為autorelease，這顯然不能很好的利用內(nèi)存，在iphone這種內(nèi)存受限的程序中是很容易造成內(nèi)存不足的。例如：
- int main (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++ )
- [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//產(chǎn)生的對(duì)象是autorelease的。
- }
- [pool release];
- return (0);
- } // main
（可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，運(yùn)行時(shí)通過監(jiān)控工具可以發(fā)現(xiàn)使用的內(nèi)存在急劇增加，直到pool銷毀時(shí)才被釋放）你需要考慮下一條。
7、Objective-C程序中可以嵌套創(chuàng)建多個(gè)autorelease pool。在需要大量創(chuàng)建局部變量的時(shí)候，可以創(chuàng)建內(nèi)嵌的autorelease pool來及時(shí)釋放內(nèi)存。（感謝網(wǎng)友hhyytt和neogui的提醒，某些情況下，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建autorelease pool, 請(qǐng)參見第四章）
- int main (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++ )
- [NSString stringWithFormat:@"1234567890"];//產(chǎn)生的對(duì)象是autorelease的。
- [loopPool release];
- }
- [pool release];
- return (0);
- } // main
（可以參考附件中的示例程序memman-many-objs-many-pools.m，占用內(nèi)存的變化極?。?/p>
#p#
二 口訣與范式
1、口訣。
（1）誰創(chuàng)建，誰釋放（類似于“誰污染，誰治理”）。如果你通過alloc、new或copy來創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象，那么你必須調(diào)用release或autorelease。換句話說，不是你創(chuàng)建的，就不用你去釋放。
例如，你在一個(gè)函數(shù)中alloc生成了一個(gè)對(duì)象，且這個(gè)對(duì)象只在這個(gè)函數(shù)中被使用，那么你必須在這個(gè)函數(shù)中調(diào)用release或autorelease。如果你在一個(gè)class的某個(gè)方法中alloc一個(gè)成員對(duì)象，且沒有調(diào)用autorelease，那么你需要在這個(gè)類的dealloc方法中調(diào)用release；如果調(diào)用了autorelease，那么在dealloc方法中什么都不需要做。
（2）除了alloc、new或copy之外的方法創(chuàng)建的對(duì)象都被聲明了autorelease。
（3）誰retain，誰release。只要你調(diào)用了retain，無論這個(gè)對(duì)象是如何生成的，你都要調(diào)用release。有時(shí)候你的代碼中明明沒有retain，可是系統(tǒng)會(huì)在默認(rèn)實(shí)現(xiàn)中加入retain。不知道為什么蘋果公司的文檔沒有強(qiáng)調(diào)這個(gè)非常重要的一點(diǎn)，請(qǐng)參考范式2.7和第三章。
2、范式。
范式就是模板，就是依葫蘆畫瓢。由于不同人有不同的理解和習(xí)慣，我總結(jié)的范式不一定適合所有人，但我能保證照著這樣做不會(huì)出問題。
（1）創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象。
- ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];
（2）創(chuàng)建一個(gè)autorelease的對(duì)象。
- ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];
（3）Release一個(gè)對(duì)象后，立即把指針清空。（順便說一句，release一個(gè)空指針是合法的，但不會(huì)發(fā)生任何事情）
- [obj1 release];
- obj1 = nil;
（4）指針賦值給另一個(gè)指針。
- ClassA *obj2 = obj1;
- [obj2 retain];
- //do something
- [obj2 release];
- obj2 = nil;
（5）在一個(gè)函數(shù)中創(chuàng)建并返回對(duì)象，需要把這個(gè)對(duì)象設(shè)置為autorelease
- ClassA *Func1()
- {
- ClassA *obj = [[[ClassA alloc]init]autorelease];
- return obj;
- }
（6）在子類的dealloc方法中調(diào)用基類的dealloc方法
- -(void) dealloc
- { [super dealloc];
- }
（7）在一個(gè)class中創(chuàng)建和使用property。
聲明一個(gè)成員變量。
- ClassB *objB;
聲明property，加上retain參數(shù)。
- @property (retain) ClassB* objB;
定義property。（property的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)請(qǐng)看第三章）
- @synthesize objB;
除了dealloc方法以外，始終用.操作符的方式來調(diào)用property。
self.objB 或者objA.objB
在dealloc方法中release這個(gè)成員變量。
- [objB release];
示例代碼如下（詳細(xì)代碼請(qǐng)參考附件中的memman-property.m，你需要特別留意對(duì)象是在何時(shí)被銷毀的。）：
- @interface ClassA : NSObject
- {
- ClassB* objB;
- }
- @property (retain) ClassB* objB;
- @end
- @implementation ClassA
- @synthesize objB;
- -(void) dealloc
- {
- [objB release];
- [super dealloc];
- }
- @end
給這個(gè)property賦值時(shí)，有手動(dòng)release和autorelease兩種方式。
- void funcNoAutorelease()
- {
- ClassB *objB1 = [[ClassB alloc]init];
- ClassA *objA = [[ClassA alloc]init];
- objA.objB = objB1;
- [objB1 release];
- [objA release];
- }
- void funcAutorelease()
- {
- ClassB *objB1 = [[[ClassB alloc]init] autorelease];
- ClassA *objA = [[[ClassA alloc]init] autorelease];
- objA.objB = objB1;
- }
#p#
三 @property (retain)和@synthesize的默認(rèn)實(shí)現(xiàn)
在這里解釋一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底發(fā)生了什么(retain property的默認(rèn)實(shí)現(xiàn))。property實(shí)際上是getter和setter，針對(duì)有retain參數(shù)的property，背后的實(shí)現(xiàn)如下（請(qǐng)參考附件中的memman-getter-setter.m，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，結(jié)果和memman-property.m一樣）：
- @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，如果新設(shè)定的值和原值不同的話，必須要把原值對(duì)象release一次，這樣才能保證retain count是正確的。
由于我們?cè)赾lass內(nèi)部retain了一次（雖然是默認(rèn)實(shí)現(xiàn)的），所以我們要在dealloc方法中release這個(gè)成員變量。
- -(void) dealloc
- {
- [objB release];
- [super dealloc];
- }
四 系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建新的autorelease pool
在生成新的Run Loop的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建新的autorelease pool（非常感謝網(wǎng)友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此處不同于xcode在新建項(xiàng)目時(shí)自動(dòng)生成的代碼中加入的autorelease pool，xcode生成的代碼可以被刪除，但系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的新的autorelease pool是無法刪除的（對(duì)于無Garbage Collection的環(huán)境來說）。Objective-C沒有給出實(shí)現(xiàn)代碼，官方文檔也沒有說明，但我們可以通過小程序來證明。
在這個(gè)小程序中，我們先生成了一個(gè)autorelease pool，然后生成一個(gè)autorelease的ClassA的實(shí)例，再在一個(gè)新的run loop中生成一個(gè)autorelease的ClassB的對(duì)象（注意，我們并沒有手動(dòng)在新run loop中生成autorelease pool）。精簡的示例代碼如下，詳細(xì)代碼請(qǐng)見附件中的memman-run-loop-with-pool.m。
- int main(int argc, char**argv)
- {
- NSLog(@"create an autorelasePool\n");
- NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init];
- NSLog(@"create an instance of ClassA 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 = [NSRunLoop currentRunLoop];
- [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
- [timer release];
- [now release];
- [runLoop run]; //在新loop中調(diào)用一函數(shù)，生成ClassB的autorelease實(shí)例
- NSLog(@"releasing autorelasePool\n");
- [pool release];
- NSLog(@"autorelasePool is released\n");
- return 0;
- }
輸出如下：
- create an autorelasePool
- create an instance of ClassA and autorelease
- create an instance of ClassB and autorelease
- ClassB destroyed
- releasing autorelasePool
- ClassA destroyed
- autorelasePool is released
注意在我們銷毀autorelease pool之前，ClassB的autorelease實(shí)例就已經(jīng)被銷毀了。
有人可能會(huì)說，這并不能說明新的run loop自動(dòng)生成了一個(gè)新的autorelease pool，說不定還只是用了老的autorelease pool，只不過后來drain了一次而已。我們可以在main函數(shù)中不生成autorelease pool。精簡的示例代碼如下，詳細(xì)代碼請(qǐng)見附件中的memman-run-loop-without-pool.m。
- int main(int argc, char**argv)
- {
- NSLog(@"No autorelasePool created\n");
- NSLog(@"create an instance of ClassA\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 = [NSRunLoop currentRunLoop];
- [runLoop addTimer:timer forMode:NSDefaultRunLoopMode];
- [timer release];
- [now release];
- [runLoop run]; //在新loop中調(diào)用一函數(shù)，生成ClassB的autorelease實(shí)例
- NSLog(@"Manually release the instance of ClassA\n");
- [obj1 release];
- return 0;
- }
輸出如下：
- No autorelasePool created
- create an instance of ClassA
- create an instance of ClassB and autorelease
- ClassB destroyed
- Manually release the instance of ClassA
- ClassA destroyed
我們可以看出來，我們并沒有創(chuàng)建任何autorelease pool，可是ClassB的實(shí)例依然被自動(dòng)銷毀了，這說明新的run loop自動(dòng)創(chuàng)建了一個(gè)autorelease pool，這個(gè)pool在新的run loop結(jié)束的時(shí)候會(huì)銷毀自己（并自動(dòng)release所包含的對(duì)象）。
補(bǔ)充說明
在研究retain count的時(shí)候，我不建議用NSString。因?yàn)樵谙旅娴恼Z句中，
- NSString *str1 = @”constant string”;
str1的retain count是個(gè)很大的數(shù)字。Objective-C對(duì)常量字符串做了特殊處理。
當(dāng)然，如果你這樣創(chuàng)建NSString，得到的retain count依然為1
- NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];
涉及的示例程序代碼（已去除隱藏，覺得有用的話請(qǐng)頂一下此文）：http://files.cnblogs.com/VinceYuan/objective-c-memman.zip
小結(jié)：Objective-C內(nèi)存管理教程和原理剖析的內(nèi)容介紹完了，希望本文對(duì)你有所幫助
轉(zhuǎn)載時(shí)必須包含原始鏈接http://vinceyuan.cnblogs.com/，且必須包含此版權(quán)聲明的完整內(nèi)容。
