iOS底层原理 - 内存管理之 copy

作者: hazydream | 来源:发表于2019-08-20 08:55 被阅读0次

面试题引发的思考：

Q: 谈一谈对copy、mutableCopy、浅拷贝、深拷贝的理解？

copy：不可变拷贝，产生不可变副本；
mutableCopy：可变拷贝，产生可变副本；
浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象；
深拷贝：内容拷贝，产生新的对象。

Q: iOS项目中copy修饰词的使用？

copy修饰词只能声明不可变类型。
字符串一般用copy修饰，用于UI控件显示的时候不会有问题。
属性不存在mutableCopy修饰词，只有部分Foundation框架自带的一些类可以用mutableCopy修饰。

Q: 自定义的类实现 copy 功能？

遵守 NSCopying 协议；
实现 copyWithZone: 方法。

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
// 自定义的类实现 copy 功能需要：1. 遵守 NSCopying 协议
@interface Person : NSObject <NSCopying>
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Person
// 自定义的类实现 copy 功能需要：2. 实现 copyWithZone: 方法
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
    Person *person = [[Person allocWithZone:zone] init];
    person.age = self.age;
    person.name = self.name;
    return person;
}
- (NSString *)description {
    return [NSString stringWithFormat:@"age = %d, weight = %@", self.age, self.name];
}
@end

1. 原理介绍

拷贝的目的：产生一个副本对象，跟源对象互不影响

修改了源对象，不会影响副本对象；

修改了副本对象，不会影响源对象。

iOS提供了2个拷贝方法：

copy：不可变拷贝，产生不可变副本；

mutableCopy：可变拷贝，产生可变副本。

浅拷贝和深拷贝：

浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象；
不可变对象NSString、NSArray、NSDictionary调用copy；

深拷贝：内容拷贝，产生新的对象；
深拷贝：其他情况。

2. 案例分析

(1) `copy`和`mutableCopy`分析

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSString *str1 = [NSString stringWithFormat:@"test"];
        NSString *str2 = [str1 copy]; // 返回的是NSString
        NSMutableString *str3 = [str1 mutableCopy]; // 返回的是NSMutableString

        [str3 appendString:@"ceshi"];

        NSLog(@"%@ %@ %@", str1, str2, str3);
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] test test testceshi

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSMutableString *str1 = [NSMutableString stringWithFormat:@"test"];
        NSString *str2 = [str1 copy]; // 返回的是NSString
        NSMutableString *str3 = [str1 mutableCopy]; // 返回的是NSMutableString

        [str3 appendString:@"ceshi"];

        NSLog(@"%@ %@ %@", str1, str2, str3);
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] test test testceshi

由以上代码可知：

copy：不可变拷贝，产生不可变副本；

mutableCopy：可变拷贝，产生可变副本。

(2) 浅拷贝和深拷贝分析

将环境改为手动内存管理，我们知道：

当调用alloc、new、copy、mutableCopy方法返回了一个对象，在不需要这个对象时，要调用release或者autorelease来释放它。

int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        // 避免使用Tagged Pointer 技术存储数据，所以赋值长一些
        NSString *str1 = [[NSString alloc] initWithFormat:@"test123456789"];
        NSString *str2 = [str1 copy]; // 浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象
        NSMutableString *str3 = [str1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        NSLog(@"%@ %@ %@", str1, str2, str3);
        NSLog(@"%p %p %p", str1, str2, str3);

        [str3 release];
        [str2 release];
        [str1 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] test123456789 test123456789 test123456789
Demo[1234:567890] 0x1005b9b60 0x1005b9b60 0x100604a40

由打印结果可知：
str1、str2的地址是一样的，说明str1、str2是指向的是同一个对象。其指针分析如下：

指针分析

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSMutableString *str1 = [[NSMutableString alloc] initWithFormat:@"test123456789"];
        NSString *str2 = [str1 copy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象
        NSMutableString *str3 = [str1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        [str1 appendFormat:@"111"];
        [str3 appendFormat:@"333"];

        NSLog(@"%@ %@ %@", str1, str2, str3);
        NSLog(@"%p %p %p", str1, str2, str3);

        [str3 release];
        [str2 release];
        [str1 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] test123456789111 test123456789 test123456789333
Demo[1234:567890] 0x10049d9b0 0x10049ded0 0x10049dfd0

由打印结果可知：
str1、str2、str3的地址都是不一样的，说明str1、str2、str3是分别指向的是不同的对象。其指针分析如下：

指针分析

(3) 扩展分析

1> 对于数组

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSArray *array1 = [[NSArray alloc] initWithObjects:@"1", @"2", nil];
        NSArray *array2 = [array1 copy]; // 浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象
        NSMutableArray *array3 = [array1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        NSLog(@"%p %p %p", array1, array2, array3);

        [array1 release];
        [array2 release];
        [array3 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] 0x10049eca0 0x10049eca0 0x10049ef50

由打印结果可知：
array1、array2的地址是一样的，说明array1、array2是指向的是同一个对象。

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSMutableArray *array1 = [[NSMutableArray alloc] initWithObjects:@"1", @"2", nil];
        NSArray *array2 = [array1 copy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象
        NSMutableArray *array3 = [array1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        NSLog(@"%p %p %p", array1, array2, array3);

        [array1 release];
        [array2 release];
        [array3 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] 0x10313c020 0x10313c700 0x10313c720

由打印结果可知：
array1、array2、array3的地址都是不一样的，说明array1、array2、array3是分别指向的是不同的对象。

2> 对于字典

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSDictionary *dict1 = [[NSDictionary alloc] initWithObjectsAndKeys:@"jack", @"name", nil];
        NSDictionary *dict2 = [dict1 copy]; // 浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象
        NSMutableDictionary *dict3 = [dict1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        NSLog(@"%p %p %p", dict1, dict2, dict3);

        [dict1 release];
        [dict2 release];
        [dict3 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] 0x100511810 0x100511810 0x1005118f0

由打印结果可知：
dict1、dict2的地址是一样的，说明dict1、dict2是指向的是同一个对象。

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        NSMutableDictionary *dict1 = [[NSMutableDictionary alloc] initWithObjectsAndKeys:@"jack", @"name", nil];
        NSDictionary *dict2 = [dict1 copy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象
        NSMutableDictionary *dict3 = [dict1 mutableCopy]; // 深拷贝：内容拷贝，产生新的对象

        NSLog(@"%p %p %p", dict1, dict2, dict3);

        [dict1 release];
        [dict2 release];
        [dict3 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] 0x103132250 0x103132850 0x103132870

由打印结果可知：
dict1、dict2、dict3的地址都是不一样的，说明dict1、dict2、dict3是分别指向的是不同的对象。

(4) 总结

根据以上代码及分析可总结如下：

copy：不可变拷贝，产生不可变副本；

mutableCopy：可变拷贝，产生可变副本；

浅拷贝：指针拷贝，没有产生新的对象；

深拷贝：内容拷贝，产生新的对象；

不可变对象NSString、NSArray、NSDictionary调用copy时是浅拷贝；

其他情况是深拷贝。

总结图例如下：

总结图例

3. 修饰词`copy`的使用分析

(1) 总结修饰词`copy`和`retain`的区别

对于retain修饰词修饰：

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, retain) NSArray *dataArray;
@end

@implementation Person
// retain 相当于一下代码
- (void)setDataArray:(NSArray *)dataArray {
    if (_dataArray != dataArray) {
        [_dataArray release];
        _dataArray = [dataArray retain]; // 仅此处有差别
    }
}
- (void)dealloc {
    self.dataArray = nil;
    [super dealloc];
}
@end

对于copy修饰词修饰：

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, copy) NSArray *dataArray;
@end

@implementation Person
// copy 相当于一下代码
- (void)setDataArray:(NSArray *)dataArray {
    if (_dataArray != dataArray) {
        [_dataArray release];
        _dataArray = [dataArray copy]; // 仅此处有差别
    }
}
- (void)dealloc {
    self.dataArray = nil;
    [super dealloc];
}
@end

因为用copy修饰词修饰的dataArray，会先把旧的_dataArray先release，然后调用copy赋值给_dataArray，那么_dataArray就是不可变类型。

得出结论：

copy修饰词只能声明不可变类型。

(2) 案例分析

1> 对于`copy`修饰词修饰不可变数组`NSArray`：

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, copy) NSArray *dataArray;
@end

@implementation Person
@end

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        Person *person = [[Person alloc] init];

        person.dataArray = @[@"jack", @"rose"];
        // 相当于 不可变的数组  调用 copy 返回一个 不可变的数组 给 person.dataArray
        // person.dataArray = [@[@"jack", @"rose"] copy];

        NSLog(@"%@", person.dataArray);

        [person release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] (
    jack,
    rose
)

运行正常，没有问题。

2> 对于`copy`修饰词修饰可变数组`NSMutableArray`：

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
@interface Person : NSObject
@property(nonatomic, copy) NSMutableArray *dataArray;
@end

@implementation Person
@end

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        // insert code here...
        Person *person = [[Person alloc] init];

        person.dataArray = [NSMutableArray array];
        // 相当于 可变的数组 赋值给 person.dataArray，然后调用 copy 返回一个 不可变数组

        [person.dataArray addObject:@"jack"];
        [person.dataArray addObject:@"rose"];

        NSLog(@"%@", person.dataArray);

        [person release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] '-[__NSArray0 addObject:]: unrecognized selector sent to instance 0x7fff898d1060'

运行崩溃，提示“方法找不到错误”。

因为可变数组dataArray用copy修饰词修饰，语句person.dataArray = [NSMutableArray array];相当于可变的数组赋值给person.dataArray，然后调用copy返回一个不可变数组，所以不可变数组person.dataArray没有addObject:方法，运行崩溃。

(3) iOS项目中`copy`修饰词的使用

1> UI控件显示使用`copy`修饰

对于UITextField的text属性内部代码如下：

UITextField属性

我们发现iOS底层代码对于字符串相关的基本上都是使用copy修饰。

具体事例分析如下：

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    // Do any additional setup after loading the view.
    NSMutableString *text = [NSMutableString stringWithFormat:@"123"];

    UITextField *textField;
    // copy 保证 textField.text 赋值的是 text 的副本，不会因为 text 的改变而改变
    textField.text = text;

    // 此处修改 text 不会影响 textField.text 的值
    [text appendString:@"abc"];
}

由以上分析可知：

字符串一般用copy修饰，用于UI控件显示的时候不会有问题。

属性不存在mutableCopy修饰词，因为只有部分Foundation框架自带的一些类可以用mutableCopy修饰，比如以下类：

NSString, NSMutableString;
NSArray, NSMutableArray;
NSDictionary, NSMutableDictionary;
NSData, NSMutableData;
NSSet, NSMutableSet;
等等...

2> 自定义的类实现`copy`功能

// TODO: -----------------  Person类  -----------------
// 自定义的类实现 copy 功能需要：1. 遵守 NSCopying 协议
@interface Person : NSObject <NSCopying>
@property (nonatomic, assign) int age;
@property (nonatomic, copy) NSString *name;
@end

@implementation Person
// 自定义的类实现 copy 功能需要：2. 实现 copyWithZone: 方法
- (nonnull id)copyWithZone:(nullable NSZone *)zone {
    Person *person = [[Person allocWithZone:zone] init];
    person.age = self.age;
    person.name = self.name;
    return person;
}
- (NSString *)description {
    return [NSString stringWithFormat:@"age = %d, weight = %@", self.age, self.name];
}
@end

// TODO: -----------------  main  -----------------
int main(int argc, const char * argv[]) {
    @autoreleasepool {
        Person *p1 = [[Person alloc] init];
        p1.age = 20;
        p1.name = @"Jack";

        // p2是一个全新的副本对象，与p1互不干涉
        Person *p2 = [p1 copy];
        p2.age = 30;

        NSLog(@"%@", p1);
        NSLog(@"%@", p2);

        [p2 release];
        [p1 release];
    }
    return 0;
}

// 打印结果
Demo[1234:567890] age = 20, weight = Jack
Demo[1234:567890] age = 30, weight = Jack

自定义的类实现 copy 功能需要：

遵守 NSCopying 协议；

实现 copyWithZone: 方法。

iOS底层原理 - 内存管理之 copy

面试题引发的思考：

1. 原理介绍

2. 案例分析

(1) `copy`和`mutableCopy`分析

(2) 浅拷贝和深拷贝分析

(3) 扩展分析

1> 对于数组

2> 对于字典

(4) 总结

3. 修饰词`copy`的使用分析

(1) 总结修饰词`copy`和`retain`的区别

(2) 案例分析

1> 对于`copy`修饰词修饰不可变数组`NSArray`：

2> 对于`copy`修饰词修饰可变数组`NSMutableArray`：

(3) iOS项目中`copy`修饰词的使用

1> UI控件显示使用`copy`修饰

2> 自定义的类实现`copy`功能

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1> 对于数组

2> 对于字典

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(1) 总结修饰词copy和retain的区别

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1> 对于copy修饰词修饰不可变数组NSArray：

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