Objective-C内存管理（一）

1.1 什么是自动引用计数####

顾名思义，自动引用计数（ARC，Automatic Reference Counting）是指内存管理中对引用采取自动计数的技术，以下是摘自苹果的官方说明。
在Objective-C中采用Automatic Reference Counting（ARC）机制，让编译器来进行内存管理。在新一代Apple LLVM编译中设置ARC为有效状态，就无需再次键入Retain或者Release代码，这在降低程序崩溃，内存泄漏等风险的同时，很大一定程度上减少了开发程序的工作量。编译器完全清楚目标对象，并能立刻释放那些不再被使用的对象。如此一来，应用程序将具有可预测性，且能流畅运行，速度也将大幅提升。
这些优点无疑具吸引力，但关于ARC技术，最重要的还是下面这一点
“在LLVM编译器中设置ARC为有效状态，无需再次键入retain或者release代码”
换言之，若满足以下条件，就无需手动输入retain或者release代码了。

1 使用Xcode4.2或者以上版本
2 使用LLVM编译器3.0或者以上版本
3 编译器选项中ARC设置为有效

在以上条件下编译源代码时 编译器将自动进行内存管理，这正是每个程序员梦寐以求的。在正式讲解精彩的ARC技术之前，我们先来了解一下，在此之前，程序员在代码中是如何手工进行内存管理的。

1.2 内存管理/引用计数

Objective-C中的内存管理，也就是引用计数管。可以用来开关房间的灯为例来说明引用计数的机制。
假设办公室的照明设备只有一个。上班进入办公室的人需要照明，所以要把灯打开。而对于下班离开办公室的人来说，已经不再需要照明了，所以要把灯关掉。若是很多人上下班，每个人开灯或是关灯，那么办公室的情况有将是一个什么样子呢？最早下班的人如果关了灯，办公室的剩下的人将会处于一片漆黑之中。
解决这一问题的办法是办公室在至少还有一个人的情况下，要保持一个开灯的状态，而在完全没有人的情况下，保持关灯状态。

最早进入办公室的人开灯
之后需要进入办公室的人需要照明
下班离开办公室的人不需要照明
最后离开办公室的人关灯（此时办公室已没有人需要照明）

为判断是否还有人在办公室里，这里导入计数功能来计算“需要照明的人数”。下面让我们这一功能是如何运作的吧。
（1）第一个人进入办公室，需要照明的人数+1.计数从0变成了1，因此要开灯
（2）之后当有人进入办公室的时候，需要照明的人数就+1。如计数从1变成2.
（3）每当有人下班离开办公室的时候，需要照明是人数就-1，如计数从2变成1.
（4）最后一个人下班离开办公室的时候，需要照明的人数-1.计数从1变成了0，因此要关灯。
这样就可以在不需要照明灯情况下 保持关灯的状态，办公室仅有的照明设备得到了很好的利用。
在Objective-C中，“对象”相当于办公室的照明设备，在现实世界中办公室的照明设备只有一个，但在ObjectIve-C的世界里，虽然计算机资源有限，但一台计算机可以同时处理多个对象。
此外”对象的使用环境“相当于上班进入办公室吧的人。虽然这里的”环境“有时候也指在运行中的程序代码，变量，变量作用域，对象等，但在概念上就是使用对象的环境。上班进入办公室的人对照明设备发出的动作，与ObjectIve-C中的对应关系是

对照明设备所做的动作 对Objective-C对象所做的动作
开灯 生成对象
需要照明 持有对象
不需要照明 释放对象
关灯 废弃对象

使用基数功能计算需要照明的人数，是办公室的照明得到了很好的管理。同样使用计数功能，对象也能得到很好的管理，这就是Objective-C的内存管理。

1.3 内存管理的思考方式

引用计数内存管理的思考方式。看到引用计数这个名称 我们便会不自觉的联想到“某处某物多多少少” 而将注意力放在计数上面。但其实，更贱客观，正确的思考方式是：
<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
<非自己持有的对象不能释放
引用计数式内存管理的思考方式仅此而已。按照这个思路，完全不必要考虑引用计数。
上文出现了“生成”，“持有”，“释放”三个词。而在Objective-C内存管理中还要加上“废弃”一词，这四个词频繁出现，而各个词语表示的Objective-C方法如下
对象操作 Objective-C方法
生成并持有对象 alloc/new/copy/mutableCopy等方法
持有对象 retain
释放对象 release
废弃 dealloc
这些有关Objective-C内存管理的方法，实际上不包括在Objective-C语言中，而是包含在Cocoa框架中用于OS X，iOS应用开发。Cocoa框架中Foundation框架类库的NSObject类担负内存管理的职责。Objective-C内存管理中的alloc/retain/release/dealloc方法分别只带NSobject类的alloc方法，retain方法，release方法和dealloc实例方法。
自己生成的对象，自己所持有
使用一下名称开头的方法名意味着自己生成的对象只有自己持有，在这里自己是指对象的使用环境

alloc

    /**
     自己生成并持有对象
     */
    id obj =[[NSObject alloc]init];

使用NSObject类的alloc方法就能自己生成并持有对象。指向生成并持有对象的指针被赋予变量obj

new

    /**
     自己生成并持有对象
     */
    id obj =[NSObject new];

copy >mutbleCopy
copy方法是基于NSCopying方法约定，由各类实现的copyWithZone：方法生成并持有对象的副本。与copy方法类似mutableCopy方法是基于mutableCopying约定，由各类实现的mutableCopyWithZone：方法生成并持有对象，虽然是对象的副本，但是同alloc、new、方法一样，在“自己生成并持有对象”，这点上没有改变
另外，根据上述“使用一下名称开头的方法名”，下列名称也意味着自己生成并持有吧对象。
allocMyObject
newThatObject
copyThis
mutableCopyYourObject
非自己生成的对象，自己也能持有
用上述项目之外的方法取得的对象，即用alloc/new/copy/mutableCopy以外的方法取得的对象，因为非自己生成并持有，所以自己不是该对象的持有者。我们来使用alloc/copy/new/mutableCopy以外的方法看看，这里试用NSMutableArray的array方法

    /**
     取得非自己生成并持有对象
     */
    id obj =[NSMutableArray array];

源代码中NSMutableArray类对象被赋予变量obj 但变量obj自己并不持有该对象，使用retain方法可以持有对象

    /**
     取得非自己生成并持有对象
     */
    id obj =[NSMutableArray array];
    /**
     *  取得对象存在，但自己不持有对象
     */
    [obj retain];
    /**
     *  自己持有对象
     */

通过retain方法，非自己生成的对象，跟用alloc/new/copy/mutableCopy方法生成并持有的对象一样，成为了自己所持有的。

不在需要自己持有的对象时释放
自己持有的对象，一旦不在需要，持有者有义务释放该对象。释放是用release方法

    /**
     自己生成并持有对象
     */
    id obj =[[NSObject alloc]init];
    [obj release];
    /**
     *  释放对象
     */

如此，用alloc方法由自己生成并持有的对象就通过release方法释放了，自己生成而非自己持有的对象，若用retain方法变为自己持有，也同样需要release方法释放

    /**
     取得非自己生成并持有对象
     */
    id obj =[NSMutableArray array];
    /**
     *  取得对象存在，但自己不持有对象
     */
    [obj retain];
    [obj release];

用alloc/new /copy/mutableCopy方法生成并持有的对象，或者用retain方法生成并持有的对象，一旦不在需要，务必需用release方法进行释放
另外我们会经常在开发中遇到autorelease一词，那么autorelease和release有什么区别的联系呢？
autorelease提供这样的功能，是对象在超出指定的生存范围时能够自动并正确的释放（调用release方法）
release是理解释放 autorelease并不是理解释放，而是注册到自动释放池autoreleasePool中，pool结束的时候再进行自动调用release释放
，例如通过NSMutableArray的array方法可以取得谁都不持有的对象，这些方法都是通过autorelease而实现的。
无法释放非自己持有的对象
对于用alloc/new/copy/mutableCopy方法生成并持有的对象，或使用retain方法持有的对象，由于持有者是自己，所以在不需要该对象时需要将其释放，而由此以外所得到的对象绝对不能释放。倘若应用程序中释放了非自己所持有的对象，就会造成程序崩溃
以上四项内容就是 ”引用计数式内存管理“ 的思考方式

1.4 苹果的实现####

因为NSObject类的源代码没有公开，此处利用Xcode的调试器（lldb）和iOS大概追溯其实现工程。在NSObject类的方法alloc上设置断点，醉追溯程序的执行。以下是程序执行所调用的方法和函数。
+ alloc
+ allocWithZone：
class_createInstance
calloc
alloc首先调用allocWithZone：类方法，然后调用class_createInstance函数，该函数在Objective-C运行时参考中也有说明，然后通过调用calloc来分配内存块。 class_createInstance函数的源代码可以通过objc4库中的runtime/objc-runtime-new.mm进行确认。
retainCount/release/retain的实现又是怎样的呢？和刚才的方法一样，在这里列出了各个方法调用的方法和函数：
- retainCount
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashGetCountOfKey

- retain
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashAddValue

- release
__CFDoExternRefOperation
CFBasicHashRemoveValue  (CFBasicHashRemoveValue 返回0时，-release调用dealloc方法)

各个方法都通过调用了一个 _ _CFDoExternRefOperation函数，调用了一系列名称相似的函数。如这些函数名的前缀“CF”，他们包含于 Core Foundation框架源代码中，即是CFRuntime.c _ _ _CFDoExternRefOperation函数。为了理解其实现，下面简化了__CFDoExternRefOperation后的源代码。

CF/CFRuntime.c __CFDoExternRefOperation

int __CFDoExternRefOperation(uintptr_t op, id obj){
    CFBasicHashRef table = 取得对象对应的散列表（obj）;
    int count;
    switch (op) {
        case OPERATION_retaionCount:
            count = CFBasicHashGetCountOfKey(table,obj);
            return count;

        case OPERATION_retaion:
            count = CFBasicHashAddValue(table,obj);
            return obj;

        case OPERATION_release:
            count = CFBasicHashRemoveValue(table,obj);
            return 0 == count;
    }
}

__CFDoExternRefOperation函数按retainCount/retain/release操作进行分发，调用不同的函数。NSObject类的retainCount/retain/release实例方法也许如下面代码所示：

-(NSUInteger)retainCount{
    return (NSUInteger)__CFDoExternRefOperation(OPERATION_retaionCount,self);
}
-(id)retain{  
    return (id)__CFDoExternRefOperation(OPERATION_retaion,self);
}
-(void)release{
    return (NSUInteger)__CFDoExternRefOperation(OPERATION_release,self);
}

可以从__CFDoExternRefOperation函数以及由此函数调用的各个函数名看出，苹果的实现大概就是采用散列表（引用计数表）来管理引用计数。

1.5 autorelease####

autorelease就是自动释放，这看上去很像ARC，但实际上他更类似于C语言中的自动变量（局部变量的特征）。
在C语言中，若某自动变量超出其作用域，该自动变量将被自动遗弃。
autorelease会像C语言的自动变量那样来对待对象实例。当超出其作用域（相当于变量作用域）时，对象实例的release实例方法将会被调用。另外，同C语言不同的是，变成人员可以设置变量的作用域。

autorelease的具体使用方法如下，
（1）生成并持有NSAutoreleasePool对象
（2）调用已分配对象的autorelease实例方法
（3）废弃NSAutoreleasePool对象

NSAutoreleasePool对象的生存周期相当于C语言变量的作用域。对于所有调用autorelease实例方法的对象，在废弃NSAutoreleasePool对象时，都将调用release实例方法。代码表示如下：

    NSAutoreleasePool *pool = [[NSAutoreleasePool alloc]init];
    id obj = [[NSObject alloc]init];
    [obj autorelease];
    [pool drain];