iOS与OS X内存管理

作者: 油菜小白 | 来源:发表于2016-04-20 15:31 被阅读93次

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本文为个人理解，如果部分知识点与真实情况有出入，请忽略本文。

1 相关知识点

1.1 内存管理

软件运行的时候，对计算机内存资源的分配和使用进行管理的策略。

1.2 引用计数

一种内存管理策略。（以下解释来自百度百科）

当一个新的引用指向对象时，引用计数器就递增；
当去掉一个引用时，引用计数就递减；
当引用计数到零时，该对象就将释放占有的资源。

1.3 iOS与OS X的自动释放池

把所有生成的对象放到一个“池子”里，当超过“池子”的作用域，就会自动帮你释放对象，不用你手动release。

1.4 iOS与OS X的自动引用计数

“俗称”ARC（Automatic Reference Counting）。
如名，就是iOS和OS X系统内自行处理内存管理，不用你专门敲代码去给对象的引用计数+1、-1。
从iOS 5和OS X Lion开始引入了自动引用计数，所以除非你需要适配在那之前的版本，不然你完全可以打开ARC（想知道怎么开？请自行百度）。

1.5 内存泄漏

应该让出的内存资源，却一直占着不放。

2 引用计数

生成对象（+1）；
持有对象（+1）；
释放对象（-1）；
废弃对象（=0）。

3 iOS与OS X的引用计数

3.1 生成对象（alloc/new/copy/mutableCopy）

alloc方法
生成对象，并用某个变量去持有对象；
new方法
也是生成对象，并用某个变量去持有对象（[NSObject new]与[[NSObject alloc] init]完全一致）；
copy方法
生成对象，并用某个变量去持有对象的副本；
mutableCopy方法
同copy，区别在于生成的对象，copy生成不可变更的对象，mutableCopy则生成可变。

使用以上方法名称开头，并且以驼峰拼写法命名的方法，也意味着自己生成并持有对象。例如：

allocFirstObject
newSecondObject
copyThirdThat
mutableCopyFourthObject等。

3.2 持有对象(retain)

除去上述的四种方法之外取得的对象，可以用retain方法持有该对象。例如：

id testArr = [NSMutableArray array];
[testArr retain];

3.3 释放对象(release)

自己持有的对象，一旦不再需要，持有者有义务释放该对象。释放使用release方法。例如：

id testObj = [[NSObject alloc] init];
[testObj release];

3.4 废弃对象(dealloc)

当引用计数为0时，则调用dealloc方法废弃对象。
如果需要显示调用dealloc方法，即在废弃对象后进行必要的操作，则需要调用[super dealloc]。例如：

- ( void ) dealloc
{
    [super dealloc];
}

3.5 释放之后再次释放

在持有对象之后，需要释放对象，但不能再次释放已经释放的对象。下例会Crash。例如：

id testObj = [[NSObject alloc] init];
[testObj release];
[testObj release];

3.6 释放自己不持有的对象

非自己生成的对象，需要用retain持有，如果没有用retain持有，就释放也会Crash。例如：

id testObj = [NSMutableArray array];
[testObj release];

4 iOS与OS X的自动释放池autorelease

4.1 具体过程：

生成自动释放池；
调用autorelease方法，将对象放进自动释放池中；
废弃自动释放池，所有在池中的对象自动调用release方法；

例如：

@autoreleasepool {
  Id testObj = [[NSObject alloc] init];
  [testObj autorelease];
}
//也可以通过生成NSAutoreleasePool对象的方式，来生成自动释放池
//通过生成NSAutoreleasePool对象的方式，需要手动废弃自动释放池（使用drain方法）。

4.2 注意事项

当大量读取大容量文件时，要在适当的地方生成、持有或废弃自动释放池。如果不及时释放自动释放池所占用的内存，会导致内存占用过大而Crash。
Cocoa框架中，部分方法返回已调用autorelease方法的对象。具体信息请查阅官方文档。

5 iOS与OS X的自动引用计数（ARC）

所有ARC的操作需要在Xcode4.2之后进行，并且打开ARC功能（Xcode4.2之后默认打开）。

5.1 变量修饰符

5.1.1 __strong

“强引用”。
生成并持有对象，非生成也可以通过赋值持有对象。
超出作用域时，自动释放。
id类型和对象类型默认添加该修饰符。

例如：

{
    id __strong testObj = [[NSObject alloc] init];
    //;在ARC中，以上写法与id testObj = [[NSObject alloc] init]完全相同
}
//超出范围，自动释放

5.1.2 __weak

“弱引用”。
弱引用不能持有对象。
不能直接生成，需要间接赋值。
弱变量持有对象时，若对象被废弃，则此变量自动失效或为nil。
防止循环引用，而导致内存泄漏。

例如：

@interface Test : NSObject
{
    id __weak testObj;
}
- ( void ) setObject: (id __strong)obj;
@end

@implementation Test
- ( id )init
{
    self = [super init];
}
- ( void ) setObject: (id __strong)obj
{
    testObj = obj;
}

以下为引用：

{
    id test0 = [[Test alloc] init];
    id test1 = [[Test alloc] init];
    [test0 setObject:test1]; 
    [test1 setObject:test0];
    //由于testObj为__weak类型，不持有对象，此处不会发生循环引用
}
//如果testObj为__strong类型，则持有对象
//导致testObj一直持有对象，导致对象无法释放==内存泄漏

5.1.3 __unsafe_unretained

该修饰符修饰的变量，不属于自动引用计数的范围。
不能直接生成，需要间接赋值。
如果赋值的对象被废弃或不存在，则程序有可能（有可能，即个别情况）崩溃。

例如：

id __unsafe_unretained testObj1 = nil;
{
    id testObj0 = [[NSObject alloc] init];
    testObj1 = testObj0;
    NSLog(@”%@”,testObj1);
}
NSLog(@”%@”,testObj1);
//其中testObj0的对象引用已被废弃，则访问testObj1有可能出现程序崩溃

5.1.4 __autoreleasing

如名，ARC的自动释放池（以下简称“池”）。
在iOS的main函数中就已经生成了池，并且包含程序的所有内容。
不能用生成NSAutoreleasePool的方式，来生成自动释放池，编译器会报错。
正常情况下，如果你用@autoreleasepool生成池，必须显式将对象注册到池中。

但也存在个别情况：
1、非自己生成并持有的对象，会自动注册到池中。
例如：

@autoreleasepool {
    id testObj = [NSMutableArray array];
    //生成的对象已自动注册到池中
}

2、访问附有__weak修饰符的变量时，会将即将引用的对象注册到池中。
例如：

@autoreleasepool {
    id testObj0 = [[NSArray alloc] init]; 
    //此处若需将testObj0注册到池中，须显式使用__autoreleasepool修饰符声明

    id __weak testObj1 = testObj0;
    //在赋值的同时，将testObj0引用的对象注册到池中
}

3、id的指针、对象的指针变量会自动附上__autoreleasepool修饰符。
例如：

@autoreleasepool {
    id testObj0 = [[NSObject alloc] init]; // testObj0自动附上__strong修饰符
    id *testObj1 = &testObj0; //*testObj1自动附上__autoreleasepool修饰符
    //此处会报错，因为指针赋值时，修饰符必须一致
}

Tips：无论ARC是否开启，_objc_autoreleasePoolPrint();函数都可以打印出已经注册到当前池中所有对象。

5.2 iOS与OS X中ARC开启的状态下，注意事项

5.2.1 禁用关键字

不能使用alloc/retain/release/retainCount/autorelease。
估计大家都知道这点，在ARC开启状态下，以上这些方法都是不能使用的。

5.2.2 须遵守的命名规则

在ARC未开启时候的命名规则，参考3.1 最后一条所述。
而在ARC开启的时候，除去以上规则同样有效外，还要考虑init关键字：
1、以init开头（并且用驼峰拼写发）命名的方法，必须是一个实例方法，并且需要返回对象。
2、以init开头（并且用驼峰拼写发）命名的方法，返回的对象并不自动注册到自动释放池中。

5.2.3 不要显示调用dealloc

对象被废弃时，不管ARC是否开启，都会调用对象的dealloc方法。
参考以上所述，可以在类中实现dealloc方法（实现dealloc方法在ARC是否开启之间的区别，请参考3.4）。

例如：

- ( void ) dealloc
{
    //无需[super dealloc]
}

如上例中所述，在ARC开启的状态下，不要显式调用dealloc。

5.2.4 不要使用NSAutoreleasePool

在ARC开启的状态下，使用NSAutoreleasePool类生成自动释放池，编译器会报错。

5.2.5 不能使用区域（NSZone）

无论ARC是否开启，最好都不要用（其实我还没去了解这个“区域”是个什么东西o(╯□╰)o）。

5.2.6 对象型变量不能成为struct的成员

例如：

struct TestStruct {
    NSArray * array;
    //报错，不能用对象型变量
}

5.2.7 __bridge转换

不能显示转换id和void *（C/C++语言中的空指针类型），需要用__bridge关键字进行转换。

例如：

id testObj = [[NSObject alloc] init];
void *testVoid = (__bridge void *)testObj;
id testObj1 = (__bridge id)testVoid;

__bridge_retained转换，可使要转换赋值的变量，也持有所赋值的对象。
__bridge_transfer转换，被转换的变量所持有的对象，在转换完成后释放。

Tips：Foundation框架与Core Foundation框架的对象互相转换，需要用__bridge关键字进行转换。

5.3 iOS与OS X的属性（property）

属性声明的属性与所有权修饰符的对应关系：

属性声明的属性	所有权修饰符
assign	__unsafe_unretained修饰符
copy	__strong修饰符（但是赋值的是被复制的对象）
retain	__strong修饰符
strong	__strong修饰符
unsafe_unretained	__unsafe_unretained修饰符
weak	__weak修饰符

5.4 容器

5.4.1静态容器（NSArray、NSDictionary、NSSet）

除去__unsafe_unretained修饰符以外，__strong、__weak、__autoreleasing修饰符都能保证其指定变量初始化为nil。
数组超出其作用域，则变量失效、对象释放（蛮押韵的）。

5.4.2 动态容器（NSMutableArray、NSMutableDictionary、NSMutableSet）

Objective-C的动态容器使用的基本规则，基本同静态一致。
iOS中C语言的动态容器：

1、声明动态容器，需要用指针。
例如：

id __strong *array = nil;

2、附有__strong修饰符的id型变量初始化为nil，附有__strong修饰符的id型指针变量初始化不一定为nil。
3、calloc函数，给附有__strong修饰符的id型指针变量分配内存。
例如：

array = (id __strong *)calloc(entries, sizeof(id));

4、操作__strong修饰符的变量，需要自己释放所有元素。释放所有元素后，利用free(array)的方法废弃内存块。
例如：

for (NSUInteger i = 0; i < entries; ++i) {
    array[i] = nil;
}
free(array);

5、以下函数会造成内存泄漏的危险，请慎用：

用malloc函数分配内存（之后，可用memset函数将内存置零）；
用memcpy函数拷贝数组元素；
用realloc函数重新分配内存块。

6、__weak修饰符与__strong修饰符使用方式相同；但__autoreleasing修饰符存在不可控因素，慎用；__unsafe__unretained修饰符在编译器的内存管理对象之外，只能作为指针类型使用。

参考：

《Objective-C高级编程 iOS与OS X多线程和内存管理》【日】Kazuki Sakamoto Tomohiko Furumoto 著黎华译

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