我们都知道weak表示的是一个弱引用，这个引用不会增加对象的引用计数，并且在所指向的对象被释放之后，weak指针会被置为nil。weak引用通常是用于处理循环引用的问题，如代理及block的使用中，相对会较多的使用到weak。
之前对weak的实现略有了解，知道它的一个基本的生命周期，但具体是怎么实现的，了解的不是太清晰。今天翻了翻《Objective-C高级编程》关于__weak的讲解，在此做个笔记。
我们以下面这行代码为例:
{
id __weak obj1 = obj;
}
当我们初始化一个weak变量时，runtime会调用objc_initWeak函数。这个函数在Clang中的声明如下：
id objc_initWeak(id *object, id value);
其具体实现如下:
id objc_initWeak(id *object, id value)
{
*object = 0;
return objc_storeWeak(object, value);
}
示例代码轮换成编译器的模拟代码如下:
id obj1;
objc_initWeak(&obj1, obj);
因此，这里所做的事是先将obj1初始化为0(nil)，然后将obj1的地址及obj作为参数传递给objc_storeWeak函数。
objc_initWeak函数有一个前提条件:就是object必须是一个没有被注册为__weak对象的有效指针。而value则可以是null，或者指向一个有效的对象。
如果value是一个空指针或者其指向的对象已经被释放了，则object是zero-initialized的。否则，object将被注册为一个指向value的__weak对象。而这事应该是objc_storeWeak函数干的。objc_storeWeak的函数声明如下:
id objc_storeWeak(id *location, id value);
其具体实现如下
id objc_storeWeak(id *location, id newObj)
{
id oldObj;
SideTable *oldTable;
SideTable *newTable;
......
// Acquire locks for old and new values.
// Order by lock address to prevent lock ordering problems.
// Retry if the old value changes underneath us.
retry:
oldObj = *location;
oldTable = SideTable::tableForPointer(oldObj);
newTable = SideTable::tableForPointer(newObj);
......
if (*location != oldObj){
OSSpinLockUnlock(lock1);
#if SIDE_TABLE_STRIPE > 1
if (lock1 != lock2) OSSpinLockUnlock(lock2);
#endif
goto retry;
}
if (oldObj){
weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
}
if (newObj){
newObj = weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, newObj, location);
// weak_register_no_lock returns NULL if weak store should be rejected
}
// Do not set *location anywhere else. That would introduce a race.
*location = newObj;
......
return newObj;
}
先撇开源码中各种锁操作, 来看看这段代码都做了些什么。在此之前，我们先来了解下weak表和SideTable。
weak表是一个弱引用表，实现为一个weak_table_t结构体，存储了某个对象相关的所有的弱引用信息。其定义如下(具体定义在objc-weak.h中)：
struct weak_table_t {
weak_entry_t *weak_entries;
size_t num_entries;
......
};
其中weak_entry_t是存储在弱引用表中的一个内部结构体，它负责维护和存储指向一个对象的所有弱引用hash表。其定义如下:
struct weak_entry_t {
DisguisedPtr<objc_object> referent;
union {
struct {
weak_referrer_t *referrers;
uintptr_t out_of_line : 1;
};
struct {
// out_of_line=0 is LSB of one of these (don't care which)
weak_referrer_t inline_referrers[WEAK_INLINE_COUNT];
};
};
};
其中referent是被引用的对象，即示例代码中的obj对象。下面的union即存储了所有指向该对象的弱引用。由注释可以看到，当out_of_line等于0时，hash表被一个数组所代替。另外，所有的弱引用对象的地址都是存储在weak_referrer_t指针的地址中。其定义如下:
typedef objc_object ** weak_referrer_t;
SideTable是一个用C++实现的类，它的具体定义在NSObject.mm中，我们来看看它的一些成员变量的定义：
class SideTable {
private:
static uint8_t table_buf[SIDE_TABLE_STRIPE * SIDE_TABLE_SIZE];
public:
RefcountMap refcnts;
weak_table_t weak_table;
......
}
RefcountMap refcnts, 这个猜到是做什么的吗？看着像是引用计数什么的。哈哈，貌似就是啊，这玩意儿存储了一个对象的引用计数的信息。当然，我们在这里不去探究它，我们关注的是weak_table。这个成员变量指向的就是一个对象的weak表。
了解了weak表和SideTable, 让我们再回头看看objc_storeWeak。首先是根据weak指针找到其指向的老的对象：
oldObj = *location;
然后获取到与新旧对象相关的SideTable对象：
oldTable = SideTable::tableForPointer(oldObj);
newTable = SideTable::tableForPointer(newObj);
下面要做的就是在老对象的weak表中移除指向信息,而在新对象的weak表中建立关联信息:
if (oldObj){
weak_unregister_no_lock(&oldTable->weak_table, oldObj, location);
}
if (newObj){
newObj = weak_register_no_lock(&newTable->weak_table, newObj, location);
// weak_register_no_lock returns NULL if weak store should be rejected
}
接下来让弱引用指针指向新的对象:
*location = newObj;
最后会返回这个新对象:
return newObj;
objc_storeWeak的基本实现就是这样。当然，在objc_initWeak中调用objc_storeWeak时，老对象是空的，所以不会执行weak_unregister_no_lock操作。
而当weak引用指向的对象被释放时，又是如何去处理weak指针的呢? 当释放对象时，其基本流程如下:
1.调用objc_release
2.因为对象的引用计数为0，所以执行dealloc
3.在dealloc中，调用了_objc_rootDealloc函数
4.在_objc_rootDealloc中，调用了object_dispose函数
5.调用objc_destructInstance
6.最后调用objc_clear_deallocating
我们重点关注一下最后一步, objc_clear_deallocating的具体实现如下:
void objc_clear_deallocating(id obj)
{
......
SideTable *table = SideTable::tableForPointer(obj);
// clear any weak table items
// clear extra retain count and deallocating bit
// (fixme warn or abort if extra retain count == 0 ?)
OSSpinLockLock(&table->slock);
if (seen_weak_refs) {
arr_clear_deallocating(&table->weak_table, obj);
}
......
}
我们可以看到，在这个函数中，首先取出对象对应的SideTable实例，如果这个对象有关联的弱引用，则调用arr_clear_deallocating来清除对象的弱引用信息。我们来看看arr_clear_deallocating具体实现:
PRIVATE_EXTERN void arr_clear_deallocating(weak_table_t *weak_table, id referent) {
{
weak_entry_t *entry = weak_entry_for_referent(weak_table, referent);
if (entry == NULL) {
......
return;
}
// zero out references
for (int i = 0; i < entry->referrers.num_allocated; ++i) {
id *referrer = entry->referrers.refs[i].referrer;
if (referrer) {
if (*referrer == referent) {
*referrer = nil;
}
else if (*referrer) {
objc_inform("_weak variable @ %p holds %p instead of %p\n", referrer, *referrer, referent);
}
}
}
weak_entry_remove_no_lock(weak_table, entry);
weak_table->num_weak_refs--;
}
}
这个函数首先是找出对象对应的weak_entry_t链表，然后挨个将弱引用置为nil。最后清理对象的记录。
通过上面的描述，我们基本能了解一个weak引用从生到死的过程。从这个流程可以看出，一个weak引用的处理涉及各种查表、添加与删除操作，还是有一定消耗的。所以如果大量使用__weak变量的话，会对性能造成一定的影响。那么，我们应该在什么时候去使用weak呢? 《Objective-C高级编程》给我们的建议是只在避免循环引用的时候使用__weak修饰符。
另外，在clang中，还提供了不少关于weak引用的处理函数。如objc_loadWeak, objc_destroyWeak, objc_moveWeak等，我们可以在苹果的开源代码中找到相关的实现。等有时间，再谈。
参考
1.《Objective-C高级编程》1.4: __weak修饰符
2. Clang 3.7 documentation - Objective-C Automatic Reference Counting (ARC)
3.apple opensource - NSObject.mm
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