IOS-objective-c的内存储器管理

2014-07-20

IOS-objective-c的内存管理此文章是作者Vince Yuan 的一篇力作,写的很不错.对iphone内存不熟悉的朋友看过

IOS-objective-c的内存管理
此文章是作者Vince Yuan 的一篇力作,写的很不错.对iphone内存不熟悉的朋友看过来. 版本 1.1 发表于2010-03-08前言初学objectice-C的朋友都有一个困惑，总觉得对objective-C的内存管理机制琢磨不透，程序经常内存泄漏或莫名其妙的崩溃。我在这里总结了自己对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。希望对大家有所帮助，也欢迎大家一起探讨。此文涉及的内存管理是针对于继承于NSObject的Class。一基本原理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同的，它本质上还是C语言中的手动管理方式，只不过稍微加了一些自动方法。1 Objective-C的对象生成于堆之上，生成之后，需要一个指针来指向它。ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; 2 Objective-C的对象在使用完成之后不会自动销毁，需要执行dealloc来释放空间（销毁），否则内存泄露。[obj1 dealloc]; 这带来了一个问题。下面代码中obj2是否需要调用dealloc？ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];ClassA *obj2 = obj1;[obj1 hello]; //输出hello[obj1 dealloc];[obj2 hello]; //能够执行这一行和下一行吗？[obj2 dealloc]; 不能，因为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[obj2 hello]和[obj2 dealloc]。obj2实际上是个无效指针。如何避免无效指针？请看下一条。 3 Objective-C采用了引用计数(ref count或者retain count)。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retain count为2。需要销毁对象的时候，不直接调用dealloc，而是调用release。release会让retain count减1，只有retain count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，retain count = 1[obj1 release]; //release使retain count减1，retain count = 0，dealloc自动被调用,对象被销毁我们回头看看刚刚那个无效指针的问题，把dealloc改成release解决了吗？ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1ClassA *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]之后，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，retain count不会自动增加，需要手动retain。ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init]; //retain count = 1ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1[obj2 retain]; //retain count = 2[obj1 hello]; //输出hello[obj1 release]; //retain count = 2 – 1 = 1[obj2 hello]; //输出hello[obj2 release]; //retain count = 0，对象被销毁问题解决！注意，如果没有调用[obj2 release]，这个对象的retain count始终为1，不会被销毁，内存泄露。(1-4可以参考附件中的示例程序memman-no-pool.m)这样的确不会内存泄露，但似乎有点麻烦，有没有简单点的方法？见下一条。 5 Objective-C中引入了autorelease pool（自动释放对象池），在遵守一些规则的情况下，可以自动释放对象。（autorelease pool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就行了，无需再调用release！ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1 但无需调用release 5.2 对于存在指针赋值的情况，代码与前面类似。ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease]; //retain count = 1ClassA *obj2 = obj1; //retain count = 1[obj2 retain]; //retain count = 2[obj1 hello]; //输出hello//对于obj1，无需调用（实际上不能调用）release[obj2 hello]; //输出hello[obj2 release]; //retain count = 2-1 = 1 细心的读者肯定能发现这个对象没有被销毁，何时销毁呢？谁去销毁它？（可以参考附件中的示例程序memman-with-pool.m）请看下一条。 6 autorelease pool原理剖析。（其实很简单的，一定要坚持看下去，否则还是不能理解Objective-C的内存管理机制。）6.1 autorelease pool不是天生的，需要手动创立。只不过在新建一个iphone项目时，xcode会自动帮你写好。autorelease pool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的所有对象。如果一个对象声明为autorelease，系统所做的工作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autorelease pool中6.3 NSAutoreleasePool自身在销毁的时候，会遍历一遍这个数组，release数组中的每个成员。如果此时数组中成员的retain count为1，那么release之后，retain count为0，对象正式被销毁。如果此时数组中成员的retain count大于1，那么release之后，retain count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autorelease pool，通常类似于下面这个例子。int main (int argc, const char *argv[]){NSAutoreleasePool *pool;pool = [[NSAutoreleasePool alloc] init]; // do something [pool release];return (0);} // main所有标记为autorelease的对象都只有在这个pool销毁时才被销毁。如果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造成内存不足的。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"];//产生的对象是autorelease的。}[pool release];return (0);} // main（可以参考附件中的示例程序memman-many-objs-one-pool.m，运行时通过监控工具可以发现使用的内存在急剧增加，直到pool销毁时才被释放）你需要考虑下一条。 7 Objective-C程序中可以嵌套创建多个autorelease pool。在需要大量创建局部变量的时候，可以创建内嵌的autorelease pool来及时释放内存。（感谢网友hhyytt和neogui的提醒，某些情况下，系统会自动创建autorelease pool, 请参见第四章）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"];//产生的对象是autorelease的。 [loopPool release];}[pool release];return (0);} // main（可以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          谁创建，谁释放（类似于“谁污染，谁治理”）。如果你通过alloc、new或copy来创建一个对象，那么你必须调用release或autorelease。换句话说，不是你创建的，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。如果你在一个class的某个方法中alloc一个成员对象，且没有调用autorelease，那么你需要在这个类的dealloc方法中调用release；如果调用了autorelease，那么在dealloc方法中什么都不需要做。1.2          除了alloc、new或copy之外的方法创建的对象都被声明了autorelease。1.3          谁retain，谁release。只要你调用了retain，无论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，可是系统会在默认实现中加入retain。不知道为什么苹果公司的文档没有强调这个非常重要的一点，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。由于不同人有不同的理解和习惯，我总结的范式不一定适合所有人，但我能保证照着这样做不会出问题。2.1          创建一个对象。ClassA *obj1 = [[ClassA alloc] init];2.2          创建一个autorelease的对象。ClassA *obj1 = [[[ClassA alloc] init] autorelease];2.3          Release一个对象后，立即把指针清空。（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          指针赋值给另一个指针。ClassA *obj2 = obj1;[obj2 retain];//do something[obj2 release];obj2 = nil;2.5          在一个函数中创建并返回对象，需要把这个对象设置为autoreleaseClassA *Func1(){  ClassA *obj = [[[ClassA alloc]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中创建和使用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方法以外，始终用.操作符的方式来调用property。self.objB 或者objA.objB2.7.5     在dealloc方法中release这个成员变量。[objB release];示例代码如下（详细代码请参考附件中的memman-property.m，你需要特别留意对象是在何时被销毁的。）：@interface ClassA : NSObject{         ClassB* objB;} @property (retain) ClassB* objB;@end @implementation ClassA@synthesize objB;-(void) dealloc{         [objB release];         [super dealloc];}@end2.7.6     给这个property赋值时，有手动release和autorelease两种方式。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;} 三 @property (retain)和@synthesize的默认实现在这里解释一下@property (retain) ClassB* objB;和@synthesize objB;背后到底发生了什么(retain property的默认实现)。property实际上是getter和setter，针对有retain参数的property，背后的实现如下（请参考附件中的memman-getter-setter.m，你会发现，结果和memman-property.m一样）：@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，如果新设定的值和原值不同的话，必须要把原值对象release一次，这样才能保证retain count是正确的。由于我们在class内部retain了一次（虽然是默认实现的），所以我们要在dealloc方法中release这个成员变量。-(void) dealloc{         [objB release];         [super dealloc];}

四系统自动创建新的autorelease pool在生成新的Run Loop的时候，系统会自动创建新的autorelease pool（非常感谢网友hhyytt和neogui的提醒）。注意，此处不同于xcode在新建项目时自动生成的代码中加入的autorelease pool，xcode生成的代码可以被删除，但系统自动创建的新的autorelease pool是无法删除的（对于无Garbage Collection的环境来说）。Objective-C没有给出实现代码，官方文档也没有说明，但我们可以通过小程序来证明。在这个小程序中，我们先生成了一个autorelease pool，然后生成一个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，我们并没有手动在新run loop中生成autorelease pool）。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的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中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例 NSLog(@"releasing autorelasePool\n"); [pool release]; NSLog(@"autorelasePool is released\n"); return 0;} 输出如下：create an autorelasePoolcreate an instance of ClassA and autoreleasecreate an instance of ClassB and autoreleaseClassB destroyedreleasing autorelasePoolClassA destroyedautorelasePool is released注意在我们销毁autorelease pool之前，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，只不过后来drain了一次而已。我们可以在main函数中不生成autorelease pool。精简的示例代码如下，详细代码请见附件中的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中调用一函数，生成ClassB的autorelease实例 NSLog(@"Manually release the instance of ClassA\n"); [obj1 release]; return 0;} 输出如下：No autorelasePool createdcreate an instance of ClassAcreate an instance of ClassB and autoreleaseClassB destroyedManually release the instance of ClassAClassA destroyed我们可以看出来，我们并没有创建任何autorelease pool，可是ClassB的实例依然被自动销毁了，这说明新的run loop自动创建了一个autorelease pool，这个pool在新的run loop结束的时候会销毁自己（并自动release所包含的对象）。补充说明在研究retain count的时候，我不建议用NSString。因为在下面的语句中，NSString *str1 = @”constant string”;str1的retain count是个很大的数字。Objective-C对常量字符串做了特殊处理。当然，如果你这样创建NSString，得到的retain count依然为1NSString *str2 = [NSString stringWithFormat:@”123”];

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